Класс!ная физика



Оптика. Линзы. Цилиндрическая линза. Двухэтажная линза. Рассеивающая линза. Сферическая линза. Опыты

09.2017

ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ЛИНЗА


Увеличительные стекла - линзы применяются во многих приборах и служат для рассматривания маленьких предметов.
Обыкновенные линзы, увеличивая, не дают искажений — они увеличивают равномерно по всем направлениям.

Но существуют цилиндрические линзы, которые увеличивают, например, только по горизонтальному направлению. По вертикальному же направлению они никакого увеличения не дают. Изображение получается приплюснутым.
Давайте сделаем такую линзу.


Возьмите обыкновенный (не граненый) чайный стакан и налейте в него воду. Вертикальная цилиндрическая линза готова!

Чтобы посмотреть, как она работает, нужно взять кусочек белого картона и черным фломастером провести на нем знак «плюс». Вертикальная и горизонтальная черточки должны быть одинаковой длины и пересекаться точно под прямым углом. Поместите картонку со знаком «плюс» за стаканом с водой на расстоянии примерно в два сантиметра.

Вы увидите, что горизонтальная линия по толщине не изменилась, но стала длиннее вертикальной. А вертикальная линия не изменилась по длине, но зато стала значительно толще. Поверните картонку, чтобы линии поменялись местами: та линия, которая была горизонтальной, станет вертикальной, а другая — горизонтальной. И опять вы увидите ту же картину, как и в первый раз. Это произошло потому, что наша цилиндрическая линза увеличивает только в горизонтальном направлении.

Цилиндрическая линза, вообще говоря, собирает световые лучи в линию. Но оказывается, при некоторых условиях она способна собрать лучи в точку. Сделайте в плотной бумаге отверстие на расстоянии пяти сантиметров от края и, вставив в это отверстие стакан с водой, немного поднимите бумагу, подложив под нее что-нибудь. Укрепите перед краем бумаги расческу. Теперь теневая полоса за расческой нам уже не нужна. Лучи света, проходящие между зубьями расчески, пройдут в стакан и, преломившись в воде, выйдут из другой стороны стакана, собравшись в одну точку, а затем снова разойдутся веером. Прозрачная среда материала, из которого сделана линза, отличается от воздуха и способна преломлять лучи, то есть менять их направление.

Конечно, стакан с водой далеко не идеальная цилиндрическая линза и в этом опыте нет четкого схождения лучей в одной точке, но представление об этом явлении получить можно.



ДВУХЭТАЖНАЯ ЛИНЗА


Разные прозрачные вещества преломляют по-разному световые лучи.
Сделаем двухэтажную линзу. В ней будут два разных преломляющих вещества, и поэтому увеличивать они будут по-разному.



На поверхность воды в стакане налейте слой касторового или постного масла толщиной один сантиметр. Хорошо осветите стакан. Возьмите иголку и проткните слой масла в центре стакана. Пройдя масло, иголка должна войти в воду примерно на один сантиметр. Сбоку видно одну сплошную иголку, но... состоящую из частей разной толщины: нижняя часть иголки (в воде) стала толще верхней (в воздухе), а средняя (в масле), - самой толстой.

Но сдвиньте немного иголку влево или вправо к стенке стакана, и она неожиданно «распадется» на три части...



Продолжайте двигать иголку. Видно, что быстрее всех движется средняя часть, затем — нижняя и, наконец, медленнее всех — верхняя часть иголки, находящаяся в воздухе.



Отчего?
Дело в том, что в воздухе преломления лучей, идущих от иголки, не происходит; в масле же и в воде, благодаря преломлению света в этих веществах, мы видим отдельные части иголки как бы не там, где они на самом деле находятся. В воде это смещение меньше, чем в масле, ведь преломляющее свойство воды меньше.



РАССЕИВАЮЩАЯ ЛИНЗА


Линзы не только дают увеличение, есть еще линзы, предназначенные и для уменьшения изображения. Их называют рассеивающими, и у них обязательно есть одна или две вогнутые поверхности.

Сделаем рассеивающую линзу.
Возьмите маленький цилиндрический флакончик из-под лекарства с прозрачным стеклом и резиновой пробкой. Налейте в него воду до самого края и закупорьте пробкой. Пока получилась небольшая собирательная цилиндрическая линза. Если ее приложить к расческе, хорошо видно, как она увеличивает зубья. Приложите нашу линзу к строчкам газеты — увидите увеличенные буквы.

А теперь сделаем из нее рассеивающую линзу, для этого надо, чтобы одна сторона у нее была вогнутой. Выньте пробку и отлейте каплю воды. Закройте флакончик пробкой и поверните его набок. Под стенкой флакончика появился пузырек воздуха. Нужно добиться, чтобы он был очень маленький и совсем круглый.



Этот пузырек воздуха и образовал нужную нам вогнутость в поверхности воды. В этом месте наша линза стала рассеивающей. Разглядывая через нее зубья расчески или буквы газеты, вы увидите, что она уменьшает изображение. Но на эту рассеивающую линзу влияет выпуклая стенка флакончика с другой стороны. Поэтому лучший результат получится, если рассеивающую линзу изготовить из плоского флакона.



САМОДЕЛЬНАЯ СФЕРИЧЕСКАЯ ЛИНЗА


Есть возможность быстро изготовить сферическую плосковыпуклую линзу. К сожалению, у нее большой недостаток: она получается очень маленького размера.

Возьмите небольшое стекло. Хорошо его вымойте, вытрите, а затем немного потрите пальцем какой-нибудь небольшой его участок или смажьте его тончайшим слоем любого жира. На это место капните из пипетки маленькую каплю воды — и линза готова. Если ее приблизить к кусочку тонкой проволоки или нитки, будет хорошо видно, насколько проволока увеличилась по сравнению с находящимся рядом ее продолжением.
Наша линза, конечно, очень несовершенна и по краям дает сильные искажения.

Различные прозрачные вещества по-разному преломляют световые лучи, например, касторовое или постное масло преломляют сильнее, чем вода. Сильно преломляющим световые лучи является также глицерин. Он густой, и его капля хорошо сохраняет выпуклую форму. А чем выпуклее линза, тем она сильнее увеличивает. Глицерин надо капнуть на стекло, и у вас будет сильно увеличивающая плосковыпуклая линза.



КОГДА ЛИНЗА ПЕРЕСТАЕТ РАБОТАТЬ?


Линза перестанет увеличивать, если ее окружить тем же веществом, из которого она изготовлена.


Опыт


Возьмите стакан с водой и посмотрите сквозь него на пуговицу, приставленную к другой стороне стакана. Пуговица получится увеличенной и растянутой вправо и влево. Увеличение произошло только в горизонтальном направлении, вот она и вытянута по горизонтали.

Теперь опустите пуговицу в таз с водой, положите ее на дно. Погрузите в горизонтальном положении стакан в воду и, держа его горизонтально, посмотрите, как выглядит пуговица.

Хотя стакан и наполнен водой, но увеличивать он перестал: вы увидите пуговицу не увеличенной и не приплюснутой, как это было в начале опыта. Просто на дне таза лежит пуговица нормального размера. Это значит,   что   наша  цилиндрическая линза перестала действовать.

Теперь закройте рукой отверстие стакана, чтобы вода из нет не выливалась, и немного приподнимите его из воды. Линза сразу же опять начнет увеличивать.

А вот рассеивающая линза, если ее тоже опустить в воду, не только не перестанет уменьшать рассматриваемый предмет, а превратится в две рассеивающие линзы, обращенные вогнутыми сторонами друг к другу. Их будет разделять только пузырек воздуха. При проведении этого опыта пузырек воздуха должен быть небольшим и по возможности круглым.


Источники: Ф. Рабиза "Опыты без приборов"





Устали? - Отдыхаем!

Вверх