Belajar

Kanta nipis

Kanta nipis ialah model optik yang menganggap pembiasan pada dua permukaan kanta boleh dihimpunkan pada satu satah. Hampiran ini menghubungkan panjang fokus f, jarak objek dₒ dan jarak imej dᵢ melalui persamaan mudah, kemudian menentukan sama ada imej nyata atau maya, tegak atau songsang, diperbesar atau dikecilkan. Tanda algebra membawa maklumat fizik tentang kedudukan dan orientasi imej.

Model kanta nipis dan sinar utama

Bagi kanta menumpu, sinar yang selari dengan paksi utama keluar melalui fokus jauh, manakala sinar melalui pusat optik dianggap hampir tidak dipesongkan dalam model nipis. Persilangan sinar sebenar menghasilkan imej nyata; persilangan sambungan ke belakang bagi sinar yang mencapah menghasilkan imej maya. Dua sinar utama yang bebas biasanya sudah mencukupi untuk menentukan kedudukan imej secara geometri.

objekkantafokus Fimej
Kanta nipis

Persamaan kanta dan panjang fokus

Hubungan asas ialah 1/f = 1/dₒ + 1/dᵢ. Dalam satu konvensyen biasa, f positif untuk kanta menumpu dan negatif untuk kanta mencapah, manakala dᵢ positif bagi imej nyata di sebelah bertentangan dan negatif bagi imej maya di sebelah objek. Kuasa kanta ialah P=1/f apabila f dalam meter, dengan unit diopter; fokus yang lebih pendek bermaksud magnitud kuasa yang lebih besar.

Kalkulator kanta nipis

Masukkan f dan dₒ; alat mengira dᵢ dan pembesaran mengikut konvensyen tanda.

Pembesaran dan orientasi imej

Pembesaran linear ialah m = -dᵢ/dₒ = hᵢ/hₒ. Nilai |m|>1 bermaksud imej lebih besar daripada objek, manakala |m|<1 bermaksud lebih kecil. Tanda negatif dalam konvensyen ini menunjukkan imej songsang; tanda positif menunjukkan imej tegak. Tanda pembesaran dan magnitud pembesaran menerangkan dua perkara berbeza, iaitu orientasi dan nisbah saiz.

dₒdᵢhₒhᵢ
m = -dᵢ/dₒ = hᵢ/hₒ

Imej nyata dan imej maya

Apabila objek berada di luar fokus kanta menumpu, imej nyata boleh terbentuk di sebelah lain dan boleh ditangkap pada skrin. Jika objek berada di dalam panjang fokus, sinar keluar mencapah dan hanya sambungan ke belakangnya bertemu, maka imej itu maya, tegak dan diperbesar. Kanta mencapah biasanya menghasilkan imej maya, tegak dan dikecilkan bagi objek nyata.

Bilakah hampiran kanta nipis gagal?

Model ini menganggap kanta nipis berbanding jarak sistem dan sinar berhampiran paksi. Kanta tebal, apertur besar, aberasi sfera dan aberasi kromatik memerlukan penerangan lebih lengkap. Panjang fokus juga bergantung pada indeks biasan dan bentuk permukaan, lalu boleh berubah dengan panjang gelombang. Sistem kamera menggunakan beberapa unsur kanta untuk mengurangkan aberasi tersebut.

Contoh terselesai

Kanta menumpu dengan objek jauh

Penyelesaian

Jika f=10 cm dan dₒ=30 cm, 1/dᵢ=1/10−1/30=1/15, maka dᵢ=15 cm. Pembesaran m=−15/30=−0.50: imej nyata, songsang dan separuh saiz objek.

Objek di dalam fokus

Penyelesaian

Bagi f=10 cm dan dₒ=6 cm, dᵢ=−15 cm. Tanda negatif menunjukkan imej maya di sebelah objek, dan m=+2.5, jadi imej tegak serta diperbesar.

Kuasa kanta

Penyelesaian

Kanta dengan f=0.25 m mempunyai kuasa P=1/f=4 D. Jika f negatif, kuasa juga negatif seperti bagi kanta mencapah. Meter, bukan sentimeter, mesti digunakan apabila mengira diopter.