Untuk melukis imej yang dibentuk oleh kanta cembung (converging lens), lukis dua sinar dari puncak objek: satu selari dengan paksi yang membengkok melalui fokus utama, dan satu melalui pusat optik yang terus lurus. Tempat sinar bertemu ialah imej bagi titik itu.
Kemahiran ini menggunakan pembengkokan cahaya daripada pembiasan, dilukis dengan cara mudah menggunakan satu bengkokan tajam pada garisan tengah kanta. Ia sebahagian daripada cahaya dan pembentukan imej.
Apakah maksud istilah kanta?
Kanta cembung (lebih tebal di tengah) menghimpunkan sinar selari ke satu titik. Paksi utama ialah garis melalui pusat kanta, pada 90° kepadanya. Pusat optik ialah tempat paksi melintasi kanta.
Fokus utama (principal focus), F, ialah titik tempat sinar selari dengan paksi bertemu selepas kanta. Panjang fokus (focal length), f, ialah jarak dari pusat kanta ke F.
Terdapat satu fokus utama di setiap sisi kanta nipis, kedua-duanya pada jarak f. Lukis kanta sebagai garis menegak dengan kepala anak panah kecil, tandakan F di setiap sisi, dan gunakan skala yang sama sepanjang dan merentasi paksi.
Bagaimana saya membina imej, langkah demi langkah?
- Lukis paksi dan kanta, kemudian tandakan F di kedua-dua sisi pada panjang fokus.
- Lukis objek sebagai anak panah tegak di atas paksi, pada jaraknya dari kanta.
- Sinar 1: dari puncak objek, lukis sinar selari dengan paksi hingga garisan kanta, kemudian bengkokkannya supaya melalui F di sisi jauh.
- Sinar 2: dari puncak objek, lukis sinar melalui pusat optik. Ia terus lurus tanpa membengkok.
- Tandakan titik imej tempat kedua-dua sinar bertemu, dan lukis anak panah imej ke paksi.
- Tambah anak panah pada sinar. Kemudian ukur jarak imej dari kanta dan ketinggian imej.
Sinar piawai ketiga bermula dari puncak objek melalui F yang dekat, mengenai kanta, dan keluar selari dengan paksi. Ia semakan yang berguna tetapi tidak diperlukan jika dua sinar sudah bertemu.
Contoh berlangkah
Satu objek setinggi 3.0 cm berdiri 12.0 cm dari kanta cembung yang panjang fokusnya 4.0 cm. (Data rekaan untuk contoh.) Bina imej dan perihalkannya.
Langkah 1, sediakan: paksi mengufuk, kanta sebagai garis menegak, F ditandakan 4.0 cm di kedua-dua sisi, objek 12.0 cm di sebelah kiri.
Langkah 2, sinar 1: dari puncak objek, sinar selari dengan paksi bertemu kanta 3.0 cm di atas paksi, kemudian membengkok ke bawah melalui F di sebelah kanan, 4.0 cm selepas kanta.
Langkah 3, sinar 2: dari puncak objek, sinar melalui pusat optik terus lurus, condong ke bawah.
Langkah 4, cari titik pertemuan: lukisan berskala yang teliti menunjukkan sinar bertemu kira-kira 6.0 cm selepas kanta, 1.5 cm di bawah paksi.
Langkah 5, perihalkan: imej berada 6.0 cm dari kanta di sisi bertentangan, setinggi 1.5 cm, songsang dan lebih kecil daripada objek. Pembesarannya ialah 1.5 ÷ 3.0 = 0.5.
Langkah 6, semak: sinar benar-benar bertemu, jadi imej itu nyata (real) dan boleh ditunjukkan pada skrin. Objek melebihi 2f (di sini 2f = 8 cm) sepatutnya memberi imej nyata yang lebih kecil, songsang, di antara f dan 2f, dan 6.0 cm berada di antara 4 cm dengan 8 cm. Perihalan itu konsisten.
Kesilapan yang perlu diperhatikan
Satu ralat lukisan yang kerap ialah membengkokkan sinar selari melalui fokus di sisi yang salah, atau membiarkan sinar melalui pusat membengkok.
Gambar rajah yang salah: sinar selari membengkok melalui fokus di sisi yang sama dengan objek.
Kanta cembung membengkokkan sinar ke arah paksi di sisi jauh, jadi sinar mesti melalui F selepas kanta.
Pembetulannya ialah satu peraturan mudah: sinar yang tiba selari melalui fokus sisi jauh, dan sinar melalui pusat tidak membengkok. Jika dua sinar anda tidak bertemu, semak semula bahawa kedua-duanya membengkok atau melalui titik yang betul. Pastikan juga kedua-dua sinar bermula dari puncak objek, bukan dari tapaknya.
Semak diri anda
Cuba soalan ini di atas kertas graf, kemudian buka setiap jawapan.
1. Satu objek diletakkan pada 2f dari kanta cembung yang panjang fokusnya 5.0 cm. Di manakah imej dan berapa besarnya?
Tunjukkan jawapan
Objek berada 10.0 cm dari kanta. Imej terbentuk 10.0 cm di sisi lain, sama saiz dengan objek, nyata dan songsang. Pembesarannya ialah 1.
2. Sinar piawai yang manakah melalui kanta tanpa membengkok?
Tunjukkan jawapan
Sinar yang melalui pusat optik kanta.
3. Satu objek setinggi 2.0 cm berada 8.0 cm dari kanta cembung yang panjang fokusnya 5.0 cm. Lukis dua sinar. Adakah imej lebih besar atau lebih kecil daripada objek, dan adakah ia songsang?
Tunjukkan jawapan
Objek berada di antara f dengan 2f (5 cm hingga 10 cm), jadi imej berada melebihi 2f: dua sinar bertemu kira-kira 13 cm dari kanta. Imej lebih besar daripada objek (kira-kira 3.3 cm tinggi), songsang dan nyata.
Ke mana selepas ini
Pelajaran seterusnya menentukan bila imej nyata dan bila ia maya, dan bagaimana garisan putus-putus berubah: pembinaan imej nyata dan maya. Kemudian gunakan set latihan cahaya dan pembentukan imej untuk mencampurkan kemahiran.
Sesetengah pelajar mengikuti setiap langkah dalam kelas tetapi terkaku apabila halaman kosong perlu dijadikan gambar rajah sinar yang kemas. Guru kami menggunakan lukisan langsung dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu untuk membina keyakinan itu.