眼长在鼻子上,那是啥原理?实际上是个凸透镜的事儿。人眼里头那东西,跟老花镜、放大镜原理一模一样,是个凸透镜。你把凸透镜往鼻子前凑,光线一照,就缩成像了。
这个“缩”啊,实际上就是把远处的物体拉近,让你看得清。 原理图看着挺好办,就是一个圆圈加个尾巴,那是透镜,尾巴叫光心。光从物体上是往下来的,穿过光心,就像照镜子一样,方向根本不变。
这就给眼的感觉放大了。
要是反过来,光线从上面下来,穿过光心,那也是方向不变。
故此,凸透镜这事儿,核心就一个“不变”。 那具体的放大倍数在哪呢?有个公式,但别背死。记得那个物距,那是物体离透镜的距离,记作 u。
像距是像离透镜的距离,记作 v。放大倍数 m,就是 v 除以 u。
只要 u 比 v 小,放大倍数就大于 1,东西就被拉大了。
要是 u 比 v 大,放大倍数小于 1,东西就被压小了。 人眼的晶状体就是个微调的凸透镜,专门干这事儿的。视网膜就像是个屏幕,务必把图像放得够大,够亮才行。
要是物距 u 不够小,放大倍数不够,视网膜上的像就小得看不见。
这就是为啥看近处东西好办累,远看又费劲。松快的时候,晶状体变厚一点,焦距变短,放大倍数变大;收缩的时候,晶状体变薄,焦距变长,放大倍数变小。 举个例子,看远处的树。树离人挺远,u 贼大。
这时候晶状体收缩,焦距变长,放大倍数接近 1。视网膜上成像挺小,别看清楚,但得用眼的余光分辨,还得眯眼。
要是眯眼,晶状体更凸,焦距更短,放大倍数就大于 1 了,像就变大,看得更清楚。 再讲个近处的例子。拿个放大镜,物体离透镜挺近,u 挺小。
这时候晶状体凸起来,焦距变短,放大倍数猛大于 1 就连 infinity(无穷大)。
这时候它在视网膜上形成的像,比实物大出好多倍。你正对着它看,里面全是虚拟的放大像。 这里有个说法是“虚像”,有点意思。实物在透镜另一侧,光线发散,人眼逆着光看那会儿,认定光往那里去了,就认定有一个像在那儿。
这个像,在不发光的情况下,凭空出现了,叫虚像。
故此你能够说,放大镜能形成一个放大的虚像,人眼视网膜上接收到的是这个虚像的实像。 实际上还有个细节,光心。光心是透镜上那个对称的点。光线穿过光心,方向不变。
这个点对成像挺关键。
要是你把光心找错了,算出来的像距可能就不准了。
不过一般做实验时,光心就在透镜的中心位置,这就够准了。 再说说应用场景。望远镜也是凸透镜原理。别看望远镜具体结构复杂,有主镜和目镜,但核心还是利用凸透镜的放大功能。远处的天体离得远,u 挺大。主镜凸起来,焦距挺长,把星光缩得挺小。
然后在目镜前,这个缩小的物距 u 又变得挺小,目镜再放大一次。最终在眼里形成一个放大的虚像。 目镜的功能,跟放大镜差不多。它只负责最终的一次放大。
要是把目镜拿掉,剩下的系统就是个好办的透镜组,只能成像,不能放大。
只有加上目镜,利用凸透镜的二次放大,我们才能把看不见的星星看得明白。 有时候人们会问,为啥不用凹透镜?凹透镜是发散的,光线一照就散开。它只能缩小像,不能放大。
故此要是要用凹透镜做放大,得用特制的组合,把凹透镜和凸透镜串在一起,这比直接用凸透镜复杂多了。并且直接用凸透镜,原理更直白,管住起来也更好办。 总而言之,望远镜的放大原理,归根结底就是凸透镜。它通过转变晶状体的焦距,调整放大倍数,把远处的物体拉近到视网膜上。别看中间过程有虚像和实像的转换,但核心逻辑一直没变。
这就是为啥凸透镜能告诉你,天上有星星,地上有树,只是我们没看清罢了。下次拿放大镜看叶脉,你就知道那是放大镜在作弊了。它把细小的叶脉放大,让你看到了原本看不见的纹理。