Jak funguje zobrazování (nejen přírodními) čočkami

Když se promítá obraz na sítnici našeho oka pomocí oční čočky, umožňuje nám to vidět.Optická čočka je pozoruhodný předmět. Je to kousek skla či jiného průhledného materiálu vybroušený do určitého poměrně jednoduchého tvaru, uprostřed je tlustší a na okrajích tenčí. Dokáže ale divy!

Světelné paprsky, které vycházejí rozbíhavě z nějakého místa, řekněme bodu A, se po dopadu na povrch čočky lámou a díky tomu se opět začnou sbíhat, až se nakonec znovu potkají v jiném místě B. Zde se vytvoří obraz bodu A, který si můžeme zviditelnit například tím, že sem vložíme papír nebo bílou stěnu (viz obrázek).

Takto si předmět jakoby opticky přeneseme do jiného místa, kde jej můžeme zachytit tak, jak potřebujeme. A to je velmi užitečné. Pokud se například místo na stěnu promítá obraz na sítnici našeho oka pomocí oční čočky, umožňuje nám to vidět. Pokud se obraz promítá fotografickým objektivem na film nebo čip v našem fotoaparátu či kameře, dovoluje nám to obraz zachytit a uchovat. To je v dnešní době, kdy fotoaparát má skoro každý (přinejmenším ve svém mobilním telefonu), záležitost masově rozšířená.

Pro vytvoření kvalitního obrazu ovšem nestačí jednoduchá čočka. Ta má nejrůznější optické vady a paprsky proto nejdou přesně do míst, kam by měly. Proto se čočky kombinují do optických soustav, třeba fotografických objektivů, v nichž jsou vady do značné míry eliminovány.

Čočka se dá využít například i pro soustředění slunečních paprsků. Ty pak mohou silně zahřát nějaký předmět, nebo jej dokonce zapálit. Tento jev se už stal nejednou osudným, když třeba sluneční paprsky dopadly na ozdobnou skleněnou baňku ve tvaru koule plnou vody. Ta soustředila světlo jako čočka na tmavou látku nebo papír, který vzplanul a nakonec od něj shořel celý dům.

Je zajímavé, že jako čočky mohou fungovat také vodní kapky, ať už volné či zachycené na různých předmětech. Pokud si toho dokážeme všimnout (obraz je většinou poměrně malý), zaujme nás krása kombinace kapky a v ní vytvořeného obrazu.

S oblibou fotografuji makroobjektivem kapky na skle svého auta, ať už zvenku, nebo zevnitř. Obzvláště dobré podmínky k tomu pravidelně nacházím v Chadimově mlýně na Vysočině, kam rád jezdím s rodinou na dovolenou. 

Zobrazování kapkami je téměř všudypřítomné, podobně jako samotné kapky. Jak fascinující by asi bylo vidět, jak při dešti vzniká v každé kapce miniaturní obraz celé okolní krajiny. Na dalším obrázku je také zobrazení vytvořené tzv. vodními perlami, které lze zakoupit v květinářství.

Zobrazování se za určitých okolností dá provést i bez čočky. Tak například při osvětlení vhodným světelným zdrojem můžeme vytvořit ostrý stín podobného tvaru jako předmět, který stín vrhá. Toho se využívá třeba při různých stínohrách nebo v divadle.

Na podobném, i když přece odlišném principu, funguje krásný experiment, který si každý může vyzkoušet sám. Do světelného kužele z dataprojektoru nebo promítačky, asi napůl cesty mezi projektor a plátno, umístěte plamen svíčky či zapalovače, nebo ještě lépe tábornického plynového hořáku. Na plátně se ukáže obraz turbulencí vzniklý mísením chladného a horkého vzduchu. Zde se ovšem nejedná o skutečný stín, protože plamen je téměř dokonale průhledný. Vznik obrazu způsobuje to, že světelné paprsky se při průchodu rozhraním mezi chladným a horkým vzduchem odchylují od svého původního směru (podobně jako při lomu světla) a na určitá místa stínítka tak dopadá více světla než na jiná.

Podobný jev nastává při pozorování nějakého předmětu přes oheň, kdy se věci za ohněm tetelí“, nebo při nočním pozorování hvězd, které se díky turbulentnímu proudění vzduchu mihotají.

Autor působí na Ústavu teoretické fyziky a astrofyziky Přírodovědecké fakulty MU.

Masarykova univerzita | Masaryk university