Soczewki: skupiająca, rozpraszająca i bieg promieni

Soczewka to przezroczysty element, który zmienia kierunek biegu światła. W szkole podstawowej najczęściej omawia się dwa rodzaje: soczewkę skupiającą i soczewkę rozpraszającą. Obie mają wspólną oś optyczną, czyli prostą przechodzącą przez środek soczewki.

Soczewki spotykamy w wielu przedmiotach codziennego użytku. Są w okularach, lupach, aparatach fotograficznych i niektórych przyrządach optycznych. To, jak soczewka działa, zależy głównie od jej kształtu.

Soczewka skupiająca jest zwykle grubsza w środku niż na brzegach. Soczewka rozpraszająca jest odwrotnie — cieńsza w środku i grubsza przy brzegach.

Oś optyczna pomaga opisywać i rysować drogę promieni. Jest to najważniejsza linia pomocnicza w zadaniach o soczewkach. Na osi leży środek optyczny soczewki oraz ognisko.

Ognisko to punkt związany z biegiem promieni równoległych do osi. W przypadku soczewki skupiającej promienie równoległe po przejściu przez soczewkę naprawdę spotykają się w ognisku. Dlatego mówimy, że jest to punkt rzeczywisty.

W soczewce rozpraszającej promienie po przejściu nie zbiegają się, tylko się rozchodzą. Gdy jednak przedłużymy je wstecz, wyglądają tak, jakby wychodziły z jednego punktu na osi. Ten punkt też nazywamy ogniskiem, ale jest to ognisko pozorne.

Aby narysować obraz w soczewce skupiającej, używa się kilku prostych zasad dotyczących promieni szczególnych.

• Promień biegnący równolegle do osi optycznej po przejściu przez soczewkę przechodzi przez ognisko.
• Promień biegnący przez ognisko przed soczewką po wyjściu z soczewki staje się równoległy do osi.
• Promień przechodzący przez środek optyczny biegnie prawie prosto, bez wyraźnej zmiany kierunku.

Te trzy zasady wystarczą do większości szkolnych rysunków. Gdy dwa promienie po przejściu przez soczewkę się przetną, w tym miejscu powstaje obraz.

W soczewce rozpraszającej promienie po przejściu przez soczewkę oddalają się od siebie. Dlatego przy rysowaniu trzeba pamiętać, że nie szukamy zwykle prawdziwego przecięcia promieni za soczewką, tylko korzystamy z ich przedłużeń.

• Promień biegnący równolegle do osi optycznej po przejściu przez soczewkę odchyla się tak, jakby wychodził z ogniska po stronie źródła światła.
• Promień przechodzący przez środek optyczny biegnie prawie bez zmiany kierunku.

Po przedłużeniu promieni wstecz można znaleźć miejsce, z którego zdają się wychodzić. Tam powstaje obraz pozorny. W szkolnych przykładach obraz w soczewce rozpraszającej jest zwykle prosty, pomniejszony i pozorny.

Obraz rzeczywisty powstaje tam, gdzie promienie światła naprawdę się przecinają. Taki obraz można otrzymać na ekranie. W soczewce skupiającej obraz rzeczywisty bywa odwrócony.

Obraz pozorny powstaje z przedłużeń promieni. Nie da się go otrzymać na ekranie, choć można go zobaczyć, patrząc przez soczewkę. Taki obraz daje na przykład lupa.

W prostych zadaniach szkolnych warto zapamiętać:

• soczewka skupiająca może dawać obraz rzeczywisty albo pozorny, zależnie od ustawienia przedmiotu,
• soczewka rozpraszająca daje obraz pozorny.

Lupa działa dzięki soczewce skupiającej i służy do oglądania małych przedmiotów. Daje obraz prosty i powiększony.

Soczewki mają wiele zastosowań praktycznych. Soczewka skupiająca jest używana między innymi w lupie oraz w niektórych okularach. Soczewka rozpraszająca także znajduje zastosowanie w okularach korekcyjnych.

W przypadku krótkowzroczności człowiek dobrze widzi z bliska, ale gorzej z daleka. Do korekcji używa się wtedy soczewki rozpraszającej. Przy dalekowzroczności trudniej widzieć z bliska, dlatego stosuje się soczewkę skupiającą.

W zadaniach i na sprawdzianie najczęściej trzeba:

• rozpoznać rodzaj soczewki po kształcie,
• wskazać ognisko i oś optyczną,
• narysować podstawowy bieg promieni,
• odróżnić obraz rzeczywisty od pozornego,
• podać zastosowanie soczewki w życiu codziennym.