Optiikka

Polttopiste – rinnakkaiset säteet

Objekti pisteessä F: säteet poistuvat rinnakkaisina ja kuva muodostuu äärettömyyteen.

Polttopiste – rinnakkaiset säteet – interaktiivinen Optiikka-simulaatio. Objekti pisteessä F: säteet poistuvat rinnakkaisina ja kuva muodostuu äärettömyyteen. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Polttopiste

Sijoita objekti polttopisteeseen: säteet poistuvat rinnakkaisina ja kuva muodostuu äärettömyyteen.

Kun objekti on täsmälleen polttopisteessä, taittuneet säteet poistuvat linsistä rinnakkaisina – kuva muodostuu äärettömyyteen. Tämä rajaustapaus erottaa todelliset kuvat (objekti F:n ulkopuolella) ja näennäiskuvat (objekti F:n sisällä). Esiasetus tekee rinnakkaisista poistuvista säteistä helposti jäljitettäviä sädekaaviossa.

• d_o = f → d_i → ∞
• Säteet poistuvat rinnakkaisina

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kun objekti lähestyy kokoavan linnssin polttoväliä sen takaa, mitä kuvan etäisyydelle tapahtuu?

Punniteltavat ennusteet

• Kuvan etäisyys kutistuu kohti nollaa.
• Kuvan etäisyys pysyy suunnilleen vakiona.
• Kuvan etäisyys kasvaa rajatta, haarautuen äärettömyyteen juuri, kun objekti saavuttaa polttopisteen.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Objektietäisyys d_o (cm)

Mitä mittaat:

• Kuvan etäisyys d_i (cm)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa polttopiste-esiasetus ja paina Nollaa. Linnssin polttoväli on kiinnitetty arvoon 10 cm.
2. Ota käyttöön kuvan etäisyyden lukema.
3. Aseta objektietäisyys jokaiselle suoritukselle (lähestyen polttoväliä sen takaa) ja kirjaa kuvan etäisyys.

Hallitseva yhtälö

Ohuen linnssin yhtälö polttopisteen lähellä — dᵢ = dₒ·f/(dₒ − f)

Kun objektietäisyys d_o lähestyy polttoväliä f, nimittäjä (d_o − f) kaavassa d_i = d_o·f/(d_o − f) lähestyy nollaa, lähettäen kuvan etäisyyden äärettömyyteen – kuva ”pakenee” pisteeseen äärettömyydessä.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske d_i = d_o·f/(d_o − f) arvolla f = 10 cm. Vertaa taulukkoon.
• Selitä ohuen linnssin yhtälön avulla, miksi d_o − f:n lähestyminen nollaa (positiiviselta puolelta) lähettää d_i:n kohti positiivista äärettömyyttä.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Kun objekti istuu täsmälleen polttopisteessä, linsistä poistuvat säteet poistuvat täydellisesti rinnakkaisina – kuva ”äärettömyydessä”. Selitä, miksi majakka tai valonheitin sijoittaa polttimonensa täsmälleen linnssin (tai peilin) polttopisteeseen.
• Tämä täsmällinen asetelma – lähde polttopisteessä tuottamassa rinnakkaisia ulostulosäteitä – kutsutaan kollimaattoriksi, jota käytetään luomaan rinnakkaisia säteitä laboratorioinstrumenteille. Miksi tutkijat tarvitsisivat täydellisesti rinnakkaisen valonsäteen tietyille kokeille?

• AP Physics 2 — Unit 13: Geometric Optics
• General High School Physics — Light & optics
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Tervetuloa polttopisteeseen
2. Valitse objekti
3. Paina Toista
4. Säteet poistuvat rinnakkaisina
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Ohuen linnssin yhtälö