BL2.ru

Тонкая линза и зеркало: формула и построение изображения онлайн

Введите расстояние от предмета до линзы d и фокусное расстояние F — калькулятор найдёт, где получится изображение, во сколько раз оно больше или меньше, действительное оно или мнимое, и построит ход лучей. Предмет на чертеже можно перетаскивать: видно, как меняется изображение при переходе через F и 2F.

d — расстояние от предмета до линзы (зеркала), |F| — фокусное расстояние без знака: знак ставится по типу элемента. h — высота предмета (необязательно, по умолчанию 1). Можно вводить в любых одинаковых единицах.
Рассчитать

Формула тонкой линзы

Для тонкой линзы расстояние от предмета d, расстояние до изображения f и фокусное расстояние F связаны формулой 1/F = 1/d + 1/f. Отсюда f = d·F / (d − F). Правило знаков: у собирающей линзы F > 0, у рассеивающей F < 0; f > 0 — изображение действительное (за линзой), f < 0 — мнимое (с той же стороны, что предмет).

Линейное увеличение Γ = H / h = |f| / d. Оптическая сила D = 1/F измеряется в диоптриях (F в метрах): линза с F = 25 см имеет D = 4 дптр.

Как построить изображение

Из верхней точки предмета проводят два-три луча, ход которых известен:

  1. луч, параллельный главной оптической оси, после собирающей линзы проходит через фокус F′ (после рассеивающей — так, будто вышел из переднего фокуса);
  2. луч через оптический центр линзы не преломляется;
  3. луч через передний фокус после линзы идёт параллельно оси.

Точка пересечения преломлённых лучей — изображение точки. Если пересекаются не сами лучи, а их продолжения, изображение мнимое.

Где получится изображение в собирающей линзе

  • d > 2F — действительное, перевёрнутое, уменьшенное (фотоаппарат, глаз);
  • d = 2F — действительное, перевёрнутое, равное;
  • F < d < 2F — действительное, перевёрнутое, увеличенное (проектор);
  • d = F — изображения нет;
  • d < F — мнимое, прямое, увеличенное (лупа).

Сферическое зеркало

Для вогнутого и выпуклого зеркала формула та же: 1/F = 1/d + 1/f, где F = R/2 — половина радиуса кривизны. У вогнутого F > 0, у выпуклого F < 0. Действительное изображение получается перед зеркалом, мнимое — за ним.

Частые вопросы

Как найти расстояние до изображения в линзе?
По формуле тонкой линзы: f = d·F / (d − F). Для рассеивающей линзы подставляйте F со знаком минус. Отрицательный результат означает мнимое изображение.
Как найти увеличение линзы?
Γ = |f| / d — отношение расстояния до изображения к расстоянию до предмета; высота изображения H = Γ·h.
Когда изображение в собирающей линзе мнимое?
Когда предмет ближе фокуса (d < F): изображение прямое, увеличенное и находится с той же стороны, что предмет. Так работает лупа.
Что такое оптическая сила и как её посчитать?
D = 1/F, где F в метрах; единица — диоптрия. Собирающие линзы имеют D > 0, рассеивающие — D < 0. Например, очки −2 дптр — рассеивающая линза с F = −0,5 м.
Как найти фокусное расстояние, если известны d и f?
F = d·f / (d + f). Выберите «Фокусное расстояние по d и f» и введите f со знаком: плюс для действительного изображения, минус для мнимого.