Общоприети практики за знаците за тънки лещи

Чудиш ли се защо някои хора имат нужда от очила, а други – не? Това е поради начина, по който светлината е фокусирана от лещите в окото ти. Такива лещи, като лупи, очила и контактни лещи, се наричат тънки лещи.

Лещите пречупват светлината, която преминава през тях. Посоката и степента, в която светлината се пречупва, зависи от кривината на лещата, материала, от който е направена лещата, и материала, в който е потопена лещата (засега ще приемем, че това е просто въздух). Ако и двете страни на лещата са изпъкнали навън, тя се нарича събирателна леща и ще пречупи светлина от далечни обекти навътре към единична точка, наречена фокусна точка (фокус).

Ако двете страни на лещата са вдлъбнати навътре, тя се нарича разсейвателна леща и светлината от далечните обекти ще се пречупи навън. Понеже светлината не се пречупва към една единствена точка, фокусът не е толкова очевиден, както беше в случая със събирателната леща. Трябва да вземем пречупените лъчи и да ги проследим обратно до страната на лещата, от която е дошла светлината, за да ги накараме да се съберат в едно и да намерим фокуса. Това означава, че фокусът е от тази страна на лещата, от която постъпват светлинните лъчи.

В реалността има два фокуса за всяка леща, на едно и също разстояние от лещата, от противоположните страни. Разстоянието от лещата до фокуса се нарича фокусно разстояние. За събирателните лещи фокусното разстояние винаги е положително, докато разсейвателните лещи винаги имат отрицателно фокусно разстояние. Това е било прието по този начин на произволен принцип. Физиците са можели също толкова лесно да определят знаците по обратния начин.

Сега, когато знаем как да намерим фокуса на една леща, като използваме отдалечен предмет, можем да видим какво се случва със светлинните лъчи от предмети, които са по-близо до лещата. Да кажем, че имаме една котка, която стои от едната страна на събирателна леща. Знаем, че има два фокуса, един от всяка страна на лещата, и че ако вземем фокусното разстояние на точката през лещата от котката като положително, тогава това от същата страна като котката е отрицателно.

В този случай образът на котката ще е от обратната страна на лещата спрямо реалната котка и ще е обърнат с главата надолу. Точно както с фокуса, ако образът е от противоположната страна на лещата спрямо котката, разстоянието от лещата до образа ще е положително.

А ако котката е по-близо до лещата отколкото е фокусът? Тоест, ако разстоянието до предмета е по-малко от фокусното разстояние? Тогава образът ще е от същата страна на лещата като тялото и ще е прав. Образът също така ще е по-голям от предмета. Това означава, че разстоянието на образа ще е отрицателно.

А при една разсейвателна леща? Този път образът не зависи от това дали обектът е във, или извън фокуса. Образът винаги ще е от същата страна на лещата като предмета, изправен и по-малък от предмета. В този случай разстоянието на образа за разсейвателната леща е отрицателно.

Увеличение се отнася до промяната в размера на предмета. Ако увеличението е по-голямо от едно, образът е по-голям от предмета, но ако увеличението е по-малко от едно, образът е по-малък от предмета. Например ако увеличението е 1/2, тогава образът изглежда с размер, който е наполовина размера на предмета. Знакът на увеличението ни показва каква е ориентацията на образа. Ако знакът е положителен, тогава образът е прав. Ако знакът е отрицателен, тогава образът е обърнат надолу с главата. В примерите по-горе можем да видим, че степента, в която един предмет ще бъде увеличен, се променя в зависимост от разстоянието му от фокуса.

Как могат очилата да помогнат на някого, който не може да фокусира далечни обекти? Как може те да помогнат на някого, който не може да се фокусира върху близки обекти?

Ако използваш лупа, за да четеш малък шрифт (обект) и я придвижиш твърде надалеч от страницата, текстът изглежда сякаш е бил преобърнат и е станал по-малък (образ). Оказва се, че това е понеже една лупа е събирателна леща и идентифицирането на разстоянието на обекта, при което образът се преобръща, е един начин за намиране на фокусното разстояние.

Чудиш ли се как се фокусира обективът на камерата? Обективът има фиксирано фокусно разстояние, но разстоянието до обекта се променя, когато насочваш камерата към различни неща. Разстоянието между лещата и сензора, или филмовата лента, трябва да се промени, за да може да сме сигурни, че сензорът стои на точното разстояние от образа.