1. Jakie są rodzaje obrazów?

Wyróżniamy dwa rodzaje obrazów: obrazy rzeczywiste i obrazy pozorne. Obrazy rzeczywiste powstają w miejscu przecięcia się promieni, które „rzeczywiście” istnieją, a więc promieni odbitych od zwierciadła lub wychodzących z soczewki. Takie obrazy można przedstawić również na ekranie, jeśli tylko umieścimy go w miejscu, gdzie powstaje obraz. Obrazy pozorne to takie, które istnieją tylko w naszej wyobraźni. Powstają one w miejscu przecięcia się przedłużeń promieni, odbitych od zwierciadła lub wychodzących z soczewki. Takich obrazów nie można oglądać na ekranie.

2. Co to jest zwierciadło?

Zwierciadłem jest każde ciało o gładkiej powierzchni, która doskonale odbija światło. Jest to zwykle warstwa metalu, nałożona na podłoże i przykryta przezroczystą warstwą ochronną. Lustra domowe i lusterka kieszonkowe to zwierciadła płaskie. Zwierciadła wklęsłe i wypukłe mamy wtedy, gdy powierzchnia odbijająca jest zakrzywiona (np. jest fragmentem wewnętrznej lub zewnętrznej powierzchni kuli).

3. Co to jest ognisko zwierciadła kulistego wklęsłego?

Ognisko to punkt znajdujący się w połowie drogi między środkiem krzywizny zwierciadła a zwierciadłem, leżący na jego osi optycznej. Długość od ogniska do zwierciadła nazywamy ogniskową. Jest ona równa połowie promienia krzywizny. Jeśli na zwierciadło skierujemy równoległą wiązkę światła, to wszystkie promienie, po odbiciu od zwierciadła, przejdą przez jego ognisko.

4. Jaki obraz możemy zobaczyć w zwierciadle?

W zwierciadłach płaskich zawsze otrzymujemy obrazy pozorne, nieodwrócone i tej samej wielkości co przedmiot.

W zwierciadłach wklęsłych otrzymujemy obrazy rzeczywiste i odwrócone zawsze wtedy, gdy oglądany przedmiot jest w odległości większej niż ogniskowa zwierciadła. Im bardziej oddalamy przedmiot od zwierciadła, tym bardziej obraz jego zbliża się do zwierciadła, zmniejszając jednocześnie swoje wymiary (rys. 3). Obrazy pozorne powstają w zwierciadle wklęsłym wówczas, gdy przedmiot umieścimy przed ogniskiem zwierciadła (rys. 4).

Zwierciadła wypukłe zawsze dają nam obrazy pozorne, proste i pomniejszone.

5. Co to jest soczewka?

Soczewka to przezroczyste ciało ograniczone dwiema powierzchniami kulistymi lub też jedną powierzchnią kulistą, a jedną płaską.
Mamy dwa rodzaje soczewek: soczewki skupiające i rozpraszające.
Soczewkę nazywamy skupiającą, gdy wchodząca do niej wiązka promieni, równoległych do osi optycznej, po wyjściu z soczewki skupia się w jednym punkcie, zwanym ogniskiem soczewki.

Gdy równoległa wiązka pada na soczewkę rozpraszającą, to promienie rozbiegają się tak, jak gdyby wychodziły z ogniska znajdującego się po tej samej stronie co padająca wiązka.

6. Jak powstający obraz zależy od rodzaju soczewki?

Soczewki skupiające dają obrazy rzeczywiste i odwrócone wtedy, gdy przedmiot znajduje się za ogniskiem soczewki. Im dalej od soczewki znajduje się przedmiot, tym powstający obraz jest mniejszy i bardziej zbliża się do soczewki.

Umieszczenie przedmiotu między ogniskiem a soczewką skupiającą daje zawsze obraz pozorny, prosty i powiększony. Takie obrazy powstają w lupie i okularze mikroskopu.

Soczewki rozpraszające dają zawsze obrazy pozorne, proste i pomniejszone. Są nimi np. szkła korekcyjne, używane w przypadku krótkowzroczności.

7. Co to jest równanie soczewki?

Równanie to opisuje wzajemne relacje pomiędzy odległością przedmiotu od soczewki (x), odległością jego obrazu od soczewki (y) oraz długością ogniskowej danej soczewki (f):

8. Jak obliczyć zdolność skupiającą soczewki?

Zdolność skupiająca (lub rozpraszająca) soczewki określa, jak bardzo soczewka skupia lub rozprasza promienie, które przez nią przechodzą. Zdolność skupiająca soczewki (D) to odwrotność jej ogniskowej (f), wyrażona w metrach:

Zdolność skupiającą określamy w dioptriach. Jeśli ogniskowa ma długość 1 m, to zdolność skupiająca jest równa jednej dioptrii.

Skojarz na przykładzie!
Przedmiot znajduje się w odległości 15 cm od soczewki. Zdolność skupiająca tej soczewki wynosi 10 dioptrii. Jak daleko od soczewki powstanie obraz?

Zdolność skupiająca soczewki pozwala wyliczyć jej ogniskową.

czyli po podstawieniu:

Teraz korzystasz z równania soczewki, które musisz przekształcić tak, aby wyliczyć niewiadomą y:

Podstawiasz dane z zadania:

Obraz powstanie w odległości 30 cm od soczewki.

9. Jak obliczyć powiększenie?

Powiększenie (liniowe) p obliczamy jako stosunek wysokości obrazu (h1), uzyskanego w soczewce lub w zwierciadle, do wysokości przedmiotu (h):

Powiększenie możesz też wyrazić przez odległość przedmiotu i obrazu od soczewki:

Skojarz na przykładzie!
Jakie będzie powiększenie obrazu w stosunku do przedmiotu w zadaniu z pkt 8.?
Podstawiasz do wzoru i obliczasz:

Powstały obraz będzie dwa razy większy od przedmiotu.

10. Jakie obrazy powstają na siatkówce oka?

Oko człowieka również wyposażone jest w soczewkę. Jest to soczewka skupiająca, która daje obraz rzeczywisty, odwrócony i zmniejszony (rys. 10). Ekranem, na którym powstaje obraz, jest siatkówka. Soczewka oczna może zmieniać swój kształt, co oznacza, że może zmieniać długość swojej ogniskowej. W ten sposób jesteśmy w stanie oglądać zawsze ostry obraz, niezależnie od tego, jak daleko od nas znajduje się przedmiot.

Gdy rogówka i soczewka nie spełniają dostatecznie swojego zadania, obraz powstaje w innym miejscu niż na siatkówce. Konieczne jest wówczas zastosowanie dodatkowych soczewek (korekcyjnych), dzięki którym ostry obraz przedmiotu będzie mógł pojawić się dokładnie na siatkówce oka.