โดย ครูเพ็ญนภา ทองนุ่ม เลนส์และการเกิดภาพ โดย ครูเพ็ญนภา ทองนุ่ม

เลนส์คืออะไร เลนส์ คือ ตัวกลางโปร่งใสที่มีผิวหน้าเป็นผิว โค้ง ผิวโค้งของเลนส์อาจจะมีรูปร่างเป็นพื้นผิว โค้งทรงกลม ทรงกระบอก หรือ พาราโบลาก็ได้ เลนส์แบบง่ายสุดเป็นเลนส์บางที่มีผิวโค้งทรง กลม ส่วนใหญ่ทำมาจากแก้วหรือพลาสติก แบ่ง ออกเป็น 2 ชนิด คือ เลนส์นูน ( Convex lens ) เลนส์เว้า ( Concave lens )

เลนส์นูน คือ เลนส์ที่มีตรงกลางหนากว่าตรงขอบเสมอ เมื่อผ่านลำแสงขนานเข้าหาเลนส์จะทำให้รังสีพุ่งเข้าหากัน และไปตัดกันจริงที่จุดโฟกัสจริง(Real focus )

เลนส์นูนสองด้าน. ( Double Convex Lens) เลนส์นูนสองด้าน ( Double Convex Lens)  ดังรูป a เลนส์นูนแกมระนาบ ( Plano Convex Lens)  ดังรูป b เลนส์นูนแกมเว้า ( Concavo Convex Lens) ดังรูป c

เลนส์เว้า คือ เลนส์ที่มีตรงกลางบางกว่าตรงขอบเสมอ เมื่อผ่านลำแสงขนานเข้าหาเลนส์จะทำให้รังสีถ่างออกจากกันและ ถ้าต่อแนวรังสี จะพบว่ารังสีจะไปตัดกันที่จุดโฟกัสเสมือน (Virtual focus)

เลนส์เว้า 2 ด้าน ( Double Concave Lens ) ดังรูป a เลนส์เว้าแกมระนาบ ( Plano Concave Lens) ดังรูป b เลนส์เว้าแกมนูน ( Convexo Concave Lens ) ดังรูป c

ส่วนประกอบสำคัญของเลนส์ เลนส์นูน เลนส์เว้า

ส่วนประกอบสำคัญของเลนส์ เลนส์นูน เลนส์เว้า

ส่วนประกอบสำคัญของเลนส์ 1. แนวรังสีของแสง คือ แนวทิศทางของแสงที่ส่องเข้า มายังเลนส์ 2. แกนมุขสำคัญ ( Principal Axis ) คือเส้นตรงที่ลาก ผ่านกึ่งกลางของเลนส์และจุดศูนย์กลางความโค้งของผิว เลนส์ 3. จุดโฟกัสของเลนส์นูน ( Principal Focus ) หรือจุด F คือ จุดที่รังสีขนานของแสงไปรวมกัน

4. จุดใจกลางเลนส์ (Optical center) หรือจุด O 5 4. จุดใจกลางเลนส์ (Optical center) หรือจุด O 5. จุดศูนย์กลางความโค้งของผิวเลนส์ (Center of curvature) หรือจุด C 6. รัศมีความโค้ง (Radius of curvature) หรือ R คือ ความยาวตั้งแต่จุด O ถึงจุด C 7. ความยาวโฟกัส (Focal length) จะยาวเป็น ครึ่งหนึ่งของรัศมีความโค้ง

การเขียนทางเดินแสงผ่านเลนส์ วิธีเขียนทางเดินแสงเพื่อหาตำแหน่งภาพของวัตถุ ของเลนส์ทั้งสอง มีขั้นตอนดังนี้ 1.จากวัตถุลากรังสีขนานกับแกนมุขสำคัญ ตก กระทบกับเลนส์ แล้วหักเหผ่านจุด F 2.จากวัตถุลากรังสีผ่านจุด O แล้วต่อรังสีให้ตัดกับ รังสีในขั้นตอนแรกตำแหน่งที่รังสีตัดกัน คือ ตำแหน่งภาพ การเขียนทางเดินแสงผ่านเลนส์

ภาพที่เกิด จากการวางวัตถุ ณ ตำแหน่งต่างๆ 1. ถ้าวัตถุอยู่ที่ตำแหน่งที่ไกลมากหรือระยะอนันต์ จะได้ภาพจริงมีขนาดเป็นจุดอยู่ที่จุดโฟกัส

2. ถ้าวัตถุอยู่ห่างมากกว่าจุดศูนย์กลางความโค้ง แต่ไม่ถึงระยะอนันต์ จะเกิดภาพจริงหัวกลับ ขนาดเล็กกว่าวัตถุ อยู่ระหว่างจุด F และ C ซึ่งอยู่คนละด้านกับวัตถุ

3. ถ้าวัตถุอยู่ที่จุด C จะเกิดภาพจริงหัวกลับที่ตำแหน่ง C ขนาดเท่ากับวัตถุ และอยู่คนละด้านกับวัตถุ

4.ถ้าวัตถุอยู่ระหว่างจุด C และจุด F จะเกิดภาพจริงหัวกลับ ขนาดขยายอยู่นอกจุด ซึ่งอยู่คนละด้านกับวัตถุ

5. ถ้าวัตถุอยู่ที่จุด F จะทำให้เกิดภาพที่ระยะอนันต์ เพราะรังสีแสงที่ออกมาจะเป็นรังสีแสงขนาน

6. ถ้าวัตถุอยู่ระหว่างจุด F กับจุด O จะพบว่ารังสีที่ผ่านเลนส์มีการเบนออก และเมื่อเราต่อแนวรังสีที่หักเหผ่านเลนส์ จะพบว่าเกิดภาพเสมือนขนาดขยาย หัวตั้งอยู่ด้านเดียวกับวัตถุ

ข้อควรจำ !!! 1. เลนส์นูน ให้ทั้งภาพจริงและภาพเสมือน และมีขนาดใหญ่หรือเล็กกว่าวัตถุขึ้นอยู่ระยะของวัตถุ 2. เลนส์เว้า ให้ภาพเสมือน หัวตั้ง และมีขนาดเล็กกว่า วัตถุเสมอ *** สำหรับเลนส์ ถ้าภาพนั้นมีตำแหน่งอยู่คนละด้านกับวัตถุ ก็ถือว่าเป็นภาพจริง แต่ถ้าภาพนั้นมีตำแหน่งอยู่ด้านเดียวกับวัตถุ ก็ให้ถือว่าเป็นภาพเสมือน***

4. ภาพจากเลนส์นูน จะมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือน. 5 4. ภาพจากเลนส์นูน จะมีทั้งภาพจริงและภาพเสมือน 5. ภาพจากเลนส์เว้า มีแต่ภาพเสมือนขนาดเล็กกว่า วัตถุ

สรุปภาพที่เกิดจากเลนส์นูน

สรุปภาพที่เกิดจากเลนส์เว้า

เปรียบเทียบเลนส์นูนและเลนส์เว้า

สูตรที่ใช้ในการคำนวณเลนส์ สูตรหาตำแหน่งภาพ = + f = ความยาวโฟกัส เลนส์นูนเป็น + เลนส์เว้าเป็น - s = ระยะวัตถุ วัตถุอยู่หน้าเลนส์ระยะวัตถุเป็น + วัตถุอยู่หลังเลนส์ระยะวัตถุเป็น - s’ = ระยะภาพ ภาพอยู่หลังเลนส์ (ภาพจริง) เป็น + ภาพอยู่หน้าเลนส์ (ภาพเสมือน)เป็น -

สูตรกำลังขยาย m = = m คือ กำลังขยายของกระจกโค้ง ภาพจริงใช้เครื่องหมาย + และภาพเสมือนใช้เครื่องหมาย – I คือ ความสูงของภาพ ภาพจริงใช้เครื่องหมาย + O คือ ความสูงของวัตถุ จะมีเครื่องหมาย “+” เสมอ

ประโยชน์ของเลนส์ เลนส์นูนใช้ทำแว่นขยาย แว่นสายตายาว เป็นส่วนประกอบกล้องถ่ายรูป กล้องจุลทรรศน์ กล้องส่องทางไกล 2. เลนส์เว้าใช้ทำแว่นสายตาสั้น กล้องโทรทรรศน์ กล้องจุลทรรศน์