Ответ на этот вопрос достаточно прост если знать элементарные правила построения хода лучей через положительную (собирающую) линзу:
- Луч, падающий на линзу параллельно оптической оси, после линзы пойдет через точку фокуса (Рис. 1).
- Луч, идущий через точку фокуса (или из точки фокуса), после линзы пойдет параллельно оптической оси (Рис. 2).
- Луч, идущий через оптический центр линзы (через точку пересечения линзы с оптической осью), проходит без преломления.
В принципе для ответа на вопрос достаточно знать первые два пункта. Применив эти два правила легко построить изображения предметов, расположенных на различных расстояниях от линзы (Рис.3) Из рисунка видно, что если предмет расположен от линзы на расстоянии больше фокусного, то его изображение получается обязательно перевернутым и действительным. Изображения являются действительными потому что построены точками пересечения действительных (реальных) лучей. Если в плоскость любого из этих изображений поместить экран, то на экране будет построено изображение предмета. Когда предмет расположен между точками F и 2F, то его изображение будет построено дальше точки 2F` и будет увеличенным, т.е. будет больше предмета. Если предмет расположен дальше точки 2F, то изображение предмета будет уменьшенным и будет располагаться между точками F`и 2F`. Но повторюсь, если предмет расположен от линзы на расстоянии больше фокусного, то его изображение получается обязательно перевернутым.
Из всего сказанного становится понятным, что чтобы увидеть предмет прямым, т.е не перевернутым, он, предмет, должен располагаться либо в фокусе, либо между линзой и точкой фокуса (Рис.4). Но в этом случае после линзы лучи будут либо параллельны между собой (если предмет в фокусе), либо будут расходится. И, естественно, лучи не могут пересечься между собой и построить действительное изображение. Следовательно, никакой экран не поможет увидеть «изображение» предмета. Что бы увидеть изображение в этом случае потребуется какая-нибудь оптическая система, например, глаз человека. Роговица и хрусталик глаза смогут расходящийся или параллельный пучок лучей после линзы преобразовать в сходящийся и сфокусировать его на сетчатке. И в этом случае изображение будет прямым.
После всего сказанного, пожалуй, необходимо сделать дополнение-уточнение<wbr />. Все рассмотренные варианты построения изображения относятся к «классической» (если так можно выразиться) оптике. На рисунке 3 видно, что изображение получается перевернутым потому, что лучи, идущие от точки предмета, расположенной выше оптической оси, строят действительное изображение пересекаясь между собой ниже оптической оси. Если же некоторый оптический прибор расположить после линзы до точки пересечения лучей, то в этом случае можно увидеть прямое «изображение» предмета. Вот только изображение будет построено в плоскости изображения этого «некоторого» оптического прибора. Так работает, например, опять же, глаз человека. Работая совместно с очками, глаз человека сможет построить прямое изображение предмета расположенного, практически, на любом расстоянии. больше фокусного расстояния линз очков, а за счет аккомодации хрусталика и на расстоянии несколько меньше фокусного. И понятное дело, изображение будет построено на сетчатке глаза.
