Фокусное расстояние линзы. Другой подход

Решая ту или иную задачу мы применяем, по возможности, самый подходящий метод решения. И, вообще говоря, нет нужды решать задачу еще и другим методом. Но некоторые методы не слишком просты и сами по себе не всегда до конца понятны. Тогда и решение задачи также оказывается непонятным. Поэтому полезно иногда решить одну и ту же задачу разными методами. Собственно, нашей целью является не столько изучение задач, сколько изучение разных методов их решения. Поэтому мы сейчас и обращаемся к задаче об определении фокусного расстояния линзы, используя иные рассуждения.

Вернемся вновь к задаче распространения волны, плоской волны. Вдоль показанного на рисунке фронта фаза колебаний постоянна - согласно определению фронта. Эти колебания, как мы знаем, являются источниками других колебаний, распространение которых и есть распространение волны. Причем очень удобно, что мы заранее знаем направление ее распространения.

Колебания вдоль фронта происходят в фазе, на левой картинке  и излучение происходит по нормали к поверхности фронта, что не представляется удивительным.

Проведем теперь плоскость под углом q к фронту волны. Мы уже говорили, что величина -kx при определенном x имеет смысл начальной фазы. Поэтому вдоль оси Ol начальная фаза колебаний изменяется по закону:

.

По отношению к нормали к этой поверхности направление излучения происходит, как видно из рисунка, под углом q. Этот же результат дает и полученное ранее выражение:

.

В данном случае мы не получили нового результата, просто убедились, что полученная нами выражение действительно “работает”. А теперь применим его в задаче об определении фокусного расстояния линзы.

Для простоты рассмотрим плоско-выпуклую линзу с показателем преломления материала n.

Проведем некоторые расчеты. Пусть в плоскости с x=0 начальная фаза колебаний равна нулю. Тогда в плоскости при x=d (на задней поверхности линзы) начальная фаза на оптической оси j₀=-k’d (k’- волновое число волны в стекле). Иная фаза на задней поверхности линзы при x=d на расстоянии r от оптической оси:

,

поскольку k=2p/l и k’/k=n. Кроме того в этом выражении dx - координата точки пересечения параллельного оптической оси луча в передней поверхностью линзы:

.

Таким образом,

.

Таким образом, мы получаем выражение для фокусного расстояния плоско-выпуклой линзы:

;

,

что, естественно, совпадает с полученным ранее результатом при R₁=R и R₂=¥. Значит, и в этом случае выражение sin(q)=-(dj/dy)(l/2p) “работает”.

Закон Кулона

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Направление силы совпадает с соединяющей заряды прямой.   Принцип суперпозиции Электричество и электромагнетизм

Закон Кулона установлен экспериментально, но его справедливость подтверждается и тем, что с опытом согласуются все выводы теории, в основе которой лежит этот закон.

Как показывает опыт, сила взаимодействия двух зарядов не изменяется при наличии третьего заряда. Поэтому, независимо от числа зарядов выражения можно использовать для вычисления силы взаимодействия каждой пары. Тогда при наличии многих зарядов сила, действующая на заряд 1 со стороны всех остальных зарядов есть