An’s Physics Lecture 시뮬레이터

OPTICS

볼록 렌즈 광선 추적

물체를 옮기며 상의 위치·크기·방향을 비교한다.

시작 대기
상 거리v
—cm
배율m
—
상 높이h'
—cm

얇은 렌즈 모델

공기 중 이상적인 얇은 볼록 렌즈의 근축 광선이다. 렌즈 중심이 원점이고 물체는 왼쪽에 있다. 물체 거리 u와 초점 거리 f는 양수이다. 상 거리 v는 렌즈 오른쪽에서 양수, 왼쪽에서 음수이다. 색수차·구면수차·회절은 생략한다.

\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v},\qquad m=-\frac{v}{u},\qquad h^{\prime}=mh

세 광선은 광축과 평행하게 입사한 광선, 렌즈 중심을 지나는 광선, 물체 쪽 초점으로 향하는 광선이다. 실제 광선은 실선, 허상 확인용 역방향 연장선은 점선이다. u=f에서는 출사 광선이 평행하여 유한한 위치에 상이 맺히지 않는다. 화면 밖의 상은 계측값으로 확인한다. 가로·세로 길이는 같은 cm 축척이다.

조작

물체 화살표의 끝을 끌면 거리와 높이를 바꿀 수 있다. 숫자 입력과 프리셋도 같은 상태를 바꾼다. 이 광선도는 정적이므로 시간 재생은 없다. R은 전체 초기화, F는 집중 모드이다.

실상과 허상

v=\frac{fu}{u-f}

해 보기 물체 2f를 누른 뒤 물체 거리를 줄여 f 안쪽으로 옮긴다. 뒤집힌 실상에서 바로 선 허상으로 바뀌는지 확인한다.

크기와 배율

m=-\frac{v}{u}

해 보기 물체가 2f에 있으면 상도 2f에 있고 크기가 같다. 물체 높이만 바꾸며 배율이 그대로인지 확인한다.

초점에서 평행한 광선

u=f\quad\Longrightarrow\quad v\to\infty

해 보기 물체 f를 눌러 출사 광선이 평행한지 확인한다. 무한대 표시는 아주 멀리 있는 유한한 상을 그렸다는 뜻이 아니다.