Transcript: Ce sunt şi ce proprietăţi au imaginile virtuale şi obiectele virtuale?

În cea de-a opta și ultima lecție de Optică Geometrică vom discuta despre imaginele și obiectele virtuale,
ce sunt ele și care sunt proprietățile, care le separă de imaginele și obiectele reale.
Să începem cu imaginele virtuale, reamintind foarte pe scurt fundamentul conceptului de imagine.
Imagine este, pur și simplu, convergența parțială a razelor de lumină ce pleacă din obiect într-o anumită regiune a spațiului.
Deci, pur și simplu, avem un obiect din care pleacă un fascicul divergent de raze de lumină care poartă informația optică despre proprietățile obiectului
și folosind fenomenele de reflexie și refracție, spre exemplu, folosind refracția într-o lentilă,
forțăm o convergență parțială, adică numai pentru o anumită parte a fascicului ce pleacă din obiect, a razelor de lumină, într-un anumit punct.
Acest punct va fi imaginea obiectului nostru.
Deci, după cum am spus, convergența se obține prin manipularea inteligentă a razelor ce pleacă din obiect,
cu ajutorul ori a reflexiei, în cazul oglinzilor, ori a refracției, în cazul lentilelor, în anumite instrumente optice.
Imaginea formată prin această reconvergență sau convergență a razelor ce pleacă din obiect conține proprietățile opticele a obiectului.
Razele de lumină ce pleacă din obiect poartă cu ele informație despre forma obiectului, mărimea lui, culoarea lui și așa mai departe.
Întreaga informație optică a obiectului.
Deci, adunând o parte din aceste raze într-un punct și formând în acest fel imaginea obiectului,
obținem o reprezentare vizuală, optică, a obiectului care este imaginea.
După cum am spus, imaginea virtuală a unui obiect este convergența prelungirilor razelor reflectate sau refractate într-un instrument optic.
Cel mai simplu exemplu pe care l-am dat când am introdus conceptul de imagine virtuală este imaginea într-o oglindă plană.
Haideți să discutăm iarăși, dar mai în detaliu, acest caz.
Deci avem un obiect desenat în galben care emite în toate direcțiile lumină, un fascicul divergent.
O anumită parte, un anumit set al acestor raze ce provin din obiect sunt reflectate pe o oglindă plană.
Fasciculul reflectat desenat în galben va fi divergent.
Deci ele, aceste raze reflectate, se vor intersecta doar în prelungirile lor care sunt desenate cu această linie roșie întreruptă.
Deci imaginea formată este aceasta, obiectul fiind în galben.
După cum am spus, aceasta este o imagine virtuală.
Haideți să discutăm un pic ce se întâmplă.
În primul rând, o imagine virtuală nu există în realitate. Această imagine I nu există.
De ce?
Pentru că, pur și simplu, lumina nu trece de oglindă.
Parcursul luminii în acest caz este cel dat de liniile galbene.
Și după cum vedem, lumina stă întotdeauna în partea din stânga oglinzii, niciodată nu trece dincolo de oglindă.
Nu avem lumină, lumină provenind de la obiectul nostru O, în partea dreaptă a ecranului.
Iarăși, o altă motivație simplă este că un ecran plasat în locația imaginii virtuale rămâne gol.
Deci, dacă plasăm un ecran, dacă vreți un paravan pe care se pot vedea imaginele în acea locație, nu vom vedea nimic.
De ce?
Este foarte simplu, lumina nu ajunge.
Liniile roșii nu sunt lumină, sunt doar prelungiri ale direcției luminii.
Neajungând lumină, nu se va forma nicio imagine.
Aceasta este modalitatea prin care, în mod concret, putem determina cel mai experimental,
putem determina experimental dacă o imagine este reală sau virtuală.
Plasăm un ecran în poziția în care se formează imagine.
Și dacă vedem o imagine, atunci ea este reală.
Dacă nu vedem o imagine, înseamnă că este virtuală.
De ce imaginea virtuală nu există?
Motivele le-am spus.
Partea galbenă este reală și poartă informație.
Acelea sunt razele reale de lumină care poartă informație optică despre obiect.
Partea roșie este o construcție pur teoretică, geometrică.
Sunt prelungirile unor drepte.
Ele nu sunt raze de lumină.
Dreptele sau liniile roșii nu sunt raze de lumină, deci nu poartă informație despre obiect.
Atunci, de ce mai studiem aceste imagini virtuale dacă ele nu există în realitate?
Motivul este foarte simplu.
Îl voi enunța și apoi îl voi explica.
Deoarece, dacă plasăm un alt instrument optic,
un al doilea instrument optic, primul fiind, bineînțeles, în cazul nostru oglinda plană,
în calea razelor divergente, deci aici,
care să le convergă,
acesta, acest instrument optic, va observa imaginea obiectului cu proprietățile imaginii virtuale,
adică magnificarea liniară, salirea liniară, locația,
dacă este dreaptă sau răsturnată, și așa mai departe.
Un astfel de instrument este, de obicei, ochiul,
care, după cum am discutat în ultima lecție, este un sistem de lentile convergente.
Deci, haideți să explicăm un pic această afirmație.
Deci, felul în care se văd imaginele,
sunt întotdeauna, în care se formează imagine,
sunt întotdeauna prin prelucrarea razelor reale.
Deci, pentru a vizualiza o imagine,
ce trebuie să facem, este întotdeauna să punem un instrument optic,
ochiul, în particular, în calea razelor reale.
Deci, acest desen, un pic strâmbal meu, ar fi un ochi,
uman, spre exemplu.
Ochiul, fiind un sistem de lentile convergente, după cum știm,
va prelua aceste raze reale divergente,
le va converge și va forma o imagine.
Și acum vine partea importantă.
Proprietățile acestei imagini formate în ochi,
sunt proprietățile imaginii virtuale, I.
Adică, ochiul va vedea imaginea obiectului,
având proprietățile imaginii virtuale.
Foarte simplu.
Dacă dumneavoastră vă uitați într-o oglindă plană, ce vedeți?
Vă vedeți imaginea ca și cum ar fi în spatele oglinzii.
Deci, vedeți imaginea proprie, dreaptă, egală
și formată în spatele oglinzii.
Deci, vedeți această imagine undeva în spatele oglinzii.
Bineînțeles, după cum am spus, nu există nimeni,
nu există o persoană, nu există o rază de lumină,
nu există nimic, nimic nu ajunge în spatele oglinzii.
Totuși, ochiul dumneavoastră vede imaginea în spatele oglinzii.
În consecință, după cum am spus,
vizualizarea unei imagini virtuale se face cu un al doilea instrument optic
care se plasează în calea razelor divergente, în calea razelor reale.
Totuși, imaginea pe care acest instrument optic o va vedea
va fi aceea a imaginii virtuale,
va avea proprietățile imaginii virtuale.
Deci, studiem imaginile virtuale
pentru că ele au proprietățile observate de instrumentul nostru optic
plasat în calea razelor reale.
Obiectele virtuale.
Obiectul virtual e întotdeauna o imagine virtuală
formată într-un instrument optic ce devine obiect
pentru un al doilea instrument optic.
Deci, vom explica.
Pare un pic complicat, totuși este foarte simplu.
Exemplu, imaginea virtuală a unui obiect real
într-o oglindă plană
e obiect virtual pentru lentil.
Deci, ce înseamnă foarte simplu acest lucru?
Dacă luăm un obiect real
și, după cum am văzut, îl plasăm în calea
în fața unei oglinde plane,
ce se va întâmpla este că în această oglindă plană
se va forma o imagine virtuală.
Deci, acesta este obiectul real
și aceasta va fi o imagine virtuală.
Ei, dacă în calea razelor ce pleacă din obiectul nostru real
și formează imaginea virtuală,
deci razele sunt acestea,
plasăm un alt instrument optic,
spre exemplu o lentilă,
deci folosim o lentilă,
pentru această lentilă imaginea virtuală din oglindă
devine un obiect virtual.
Deci, imaginea virtuală devine obiect virtual
pentru al doilea instrument optic, în cazul nostru lentila.
Și lentila va forma, prelucrând razele reale,
va forma o imagine al acestui obiect virtual.
În particular, după cum vă aduceți aminte,
dacă folosim o lentilă divergentă,
deci ne aflăm în cazul în care această lentilă
este, de fapt, divergentă,
și avem un obiect virtual AB,
care, după cum am spus, este, spre exemplu,
imaginea unui obiect real într-o lentilă,
într-o oglindă plană,
spre exemplu, poate fi alt instrument optic,
deci avem acest obiect virtual AB
și formăm imaginea în lentila divergentă.
Trasăm razele
și, atenție, în acest moment,
obiectul se află întotdeauna
la intersecția razelor incidente.
Deci, plecăm cu razele incidente
care vin întotdeauna dinspre stânga
și în lentila divergentă
vor fi transformate într-un fascicul divergent
și, la prelungirea razelor incidente,
nu emergente, ci la prelungirea razelor incidente,
se va afla obiectul.
Deci luăm, ca de obicei, o rază paralelă,
o rază ce trece prin focar
și una ce trece prin centrul optic.
La prelungirea razelor incidente
se va afla obiectul nostru virtual.
La intersecția razelor emergente
se află imaginea formată
care, în cazul acesta, va fi reală.
Deci, regulă,
obiectul are de-a face cu
razele incidente, bineînțeles,
și imaginea în lentilă are întotdeauna
de-a face cu razele emergente.
Dacă, după caz,
obiectul se află la prelungirea
razelor incidente sau chiar la intersecția
razelor incidente va fi virtual
respectiv real
și dacă imaginea se va afla
la intersecția razelor emergente
respectiv la intersecția prelungirilor
razelor emergente va fi real
respectiv virtual.
Deci, obiectul virtual se formează
la prelungirile razelor incidente.
Un ultim comentariu cu foarte important
practic când
folosim, spre exemplu, formula Descartes
pentru a calcula
proprietățile imaginilor sau obiectelor în lentilă.
Deci, avem următoarea
proprietate importantă de ținut minte
deoarece obiectul se găsește la intersecția
razelor incidente
întotdeauna un obiect real va avea
distanța P sau poziția P negativă
iar dacă este virtual
pozitiv. Motivul este foarte simplu
să considerăm o lentilă, nu contează
convergentă, deci aceasta este o lentilă.
Nu-i mai trasez săgețile la capă pentru că ea poate fi
atât divergentă cât și convergentă
în discuția noastră. Razele incidente
întotdeauna vin dinspre stânga
spre dreapta și sensul pozitiv prin convenția
de semn este cel al deplasării
razelor de lumină. În consecință
toate distanțele la stânga lentilei
măsurate față de lentilă
vor fi negative și la dreapta
vor fi pozitive. De aici rezultă
că obiectul real va avea P mai mic
decât 0 pentru că obiectul real se află
întotdeauna la intersecția razelor incidente, nu a prelungirilor.
În stânga, din punct de vedere al razelor
incidente, în stânga întotdeauna vom avea
razele însele, iar în dreapta
prelungirile lor. Prin definiție,
avem undeva un obiect, razele vin către lentilă
până la lentilă avem raze incidente reale
după lentilă
avem numai prelungiri de raze
incidente. Altfel nu s-ar numi raze incidente.
Razele care sunt în dreapta lentilei sunt raze
emergente din lentilă. Deci dacă
un obiect se află în dreapta
atunci el nu poate fi decât virtual
pentru că în dreapta razele incidente
apar numai în prelungirile lor.
Deci un obiect în dreapta va fi virtual
un obiect în stânga va fi real
în concluzie obiectele reale vor avea
P mai mic decât 0
și obiectele virtuale vor avea întotdeauna
P mai mare decât 0.
Continuând și încheiind discuția
la fel se întâmplă pentru imagini.
Imaginea se găsește la intersecția razelor emergente
deci esențial este
esențiale sunt aceste două cuvinte
obiectul are de a face cu razele incidente
imaginea are de a face cu razele emergente
din instrumentul optic lentilă în particular.
Deci razele emergente sunt
întotdeauna reale în dreapta lentilei
de aia se numesc emergente
sau refractate dacă vreți
într-o lentilă emergența se face prin refractie
în lentilă deci razele emergente sunt
reale în dreapta
și prelungirile lor se află în stânga
nu putem vorbi de raze emergente în stânga lentilei
în consecință dacă o imagine virtuală se află în dreapta
ea se află la intersecția razelor
reale emergente și atunci este o imagine reală
și deci distanța ei pe prim
va fi mai mare decât zero
invers dacă o imagine se află în stânga lentilei
ea nu se poate forma decât la intersecția
prelungirilor razelor emergente
și deci este virtuală și deci
pentru o imagine virtuală pe prim va fi mai mic decât zero
ultimul comentariu
de fapt în formula de cart
logica este invers
folosim formula de cart pentru a calcula
pe respectiv pe prim și dacă
spre exemplu pentru p
obținem o valoare mai mică decât zero
tragem cu concluzia că obiectul nostru trebuie să fie real
dacă obținem un p mai mare decât zero
tragem concluzia că obiectul trebuie să fie virtual
la fel, dacă aplicând formula de cart
obținem pentru p prim o valoare negativă
rezultă că imaginea trebuie să fie virtuală
iar dacă obținem o valoare pozitivă
imaginea trebuie să fie reală