Soczewki

Soczewka sferyczna jest to bryła wykonana z przezroczystego materiału, ograniczona powierzchniami sferycznymi. Powierzchnie te mogą mieć ten sam lub różny promień.

W fizyce rozpatruje się najczęściej soczewki cienkie, co oznacza, że ich grubość jest niewielka w porównaniu z promieniem krzywizny, która ogranicza tę soczewkę.

Rodzaje soczewek

Jeżeli przez soczewkę przepuścimy wiązkę promieni równoległych do głównej osi optycznej, a po przejściu przez soczewkę promienie te są odchylane w kierunku osi optycznej, to soczewkę taką nazywamy soczewką skupiającą.

Jeżeli przez soczewkę przepuścimy wiązkę promieni równoległych do głównej osi optycznej, a po przejściu przez soczewkę promienie te są odchylane w kierunku od osi optycznej, to soczewkę taką nazywamy soczewką rozpraszającą.

Z uwagi na powierzchnie ograniczające wyróżniamy następujące soczewki:

płasko-wypukła,
obustronnie wypukła,
obustronnie wklęsła,
płasko-wklęsła,
wklęsło-wypukła o grubych krawędziach,
wklęsło-wypukła o cienkich krawędziach.

To, w jaki sposób promień światła biegnie po przejściu przez soczewkę, zależy od soczewki, a także od jej otoczenia.

Jeżeli soczewkę skupiającą w powietrzu zanurzymy w cieczy o współczynniku załamania większym od współczynnika załamania materiały, z którego soczewka jest zbudowana, to z soczewki skupiającej otrzymamy soczewkę rozpraszającą, co schematycznie ilustruje poniższy rysunek. Ciecz zaznaczona kolorem zielonym ma większy współczynnik załamania od szkła z którego soczewkę wykonano.

Promień światła w soczewce w ulega podwójnemu załamaniu na każdej z powierzchni. To komplikuje rysunki. Na powyższym rysunku pokazano, że promień załamuje się w środku soczewki, co oczywiście nie jest prawdą, znacznie jednak upraszcza schemat. Aby uniknąć nieporozumień, stosuje się następujące oznaczenia soczewek.

Jeżeli współczynnik załamania ośrodka jest mniejszy niż materiału, z jakiego wykonana jest soczewka to:

soczewka wypukła jest soczewką skupiającą,
soczewka wklęsła jest soczewką rozpraszającą.

Ognisko i ogniskowa soczewki

Ognisko soczewki jest to punkt, w którym przecinają się promienie po przejściu przez soczewkę. Każda soczewka ma dwa ogniska po jednym z każdej ze stron. Ognisko soczewki oznaczamy literą F.

Odległość ogniska od soczewki od środka soczewki nosi nazwę ogniskowej. Ogniskowa zależy od promieni krzywizn powierzchni soczewki oraz od materiału, z jakiego jest zbudowana soczewka oraz ośrodka w jakim się znajduje.

$\frac{1}{f}=(\frac{n_s}{n_o}-1)(\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2})$

gdzie:

f - ogniskowa,
n_s - współczynnik załamania soczewki,
n_o -współczynnik załamania ośrodka (otoczenia soczewki),
r₁, r₂ - promienie krzywizny.

Jeżeli soczewka znajduje się w próżni lub w powietrzu, to:

$\frac{1}{f}=(n_s-1)(\frac{1}{r_1}+\frac{1}{r_2})$