Почему световые лучи, уходящие в бесконечность, образуют реальное изображение?

Мой учебник по физике говорит мне, что когда протяженный объект помещается в фокус вогнутого зеркала, световые лучи отражаются и уходят параллельно в бесконечность. То же самое происходит, когда преломление происходит в выпуклой линзе, когда предмет находится в фокусе линзы. Далее в книге рассказывается, что в данной ситуации формируется реальное, перевернутое и сильно увеличенное изображение.

Итак, мой вопрос:

Если световые лучи после отражения от вогнутого зеркала (или после преломления от выпуклой линзы) идут параллельно в бесконечность, то как они образуют действительное и перевернутое изображение? (Потому что параллельные прямые не пересекаются).

Потому что для формирования реальных изображений должно произойти фактическое пересечение световых лучей. Но в данном случае этого не происходит. Как в такой ситуации может сформироваться образ, если он вообще есть?

Есть учебники, в которых утверждается, что изображение не формируется, и есть учебники, в которых утверждается, что реальное изображение формируется на бесконечности. Я не согласен с последним по причинам, которые вы упомянули.

Ответы (2)

Сказать, что что-то находится в бесконечности, — это удобный способ сказать, что рассматриваемое расстояние намного, намного больше, чем фокусное расстояние.

Поэтому, когда объект находится в фокальной плоскости объектива/зеркала, удобно говорить, что изображение формируется на бесконечности.

На самом деле, по идее, изображение фактически находится в двух местах.
На экране как бы реальное перевернутое изображение далеко от объектива и на противоположной от объектива стороне объекта.
Виртуальное вертикальное изображение на большом расстоянии от линзы, которое можно увидеть, глядя через линзу на объект.

Как можно предположить все это?
Имея объект близко к фокальной плоскости, но удаленный от объектива, и наблюдая изображение, сформированное на экране, как реальное, перевернутое и увеличенное.
Затем перемещайте объект все ближе и ближе к фокальной плоскости, наблюдая, что происходит, а затем представляя, что произошло бы, если бы объект оказался в фокальной плоскости.

В конце концов, все это теоретически, потому что реальные линзы имеют дефекты, а ваш анализ касается идеальных ситуаций.

Но если мы проведем 2 параллельные линии в обратном направлении, они все равно останутся параллельными. Значит ли это, что одно изображение будет реальным на другой стороне линзы и виртуальным на той же стороне линзы, и наоборот для вогнутого зеркала?
@Saksham: С практической точки зрения, объект никогда не может быть точно в фокусе, так же как изображение никогда не может быть точно в бесконечности. Объект (или его часть) будет находиться на очень небольшом расстоянии впереди или позади точки фокусировки.
@Saksham Это также может помочь: ваш глаз на самом деле не точка: фоторецептивная область вашего глаза представляет собой (примерно) диск, и, таким образом, если ваш глаз находится на пути параллельных световых лучей, разные части ваших глаз собираемся подобрать немного разные «пятна» на отраженном «изображении». Если бы вы были действительно далеко от объекта, отраженные от него световые лучи были бы фактически параллельны друг другу к тому времени, когда они достигнут вас. Таким образом, чем дальше вы отходите от зеркала, тем больше отраженное изображение, которое вы видите, будет соответствовать исходному изображению на этом расстоянии.

В других учебниках об этом не говорится. Как вы догадываетесь, они работают в предположении, что параллельные линии не пересекаются. Ни в одном из учебников, которые я использовал для своей учебной программы по физике, включая AP, не говорилось об изображениях из идеализированных случаев с объектами в фокусе.

Однако, если поискать в сети, можно найти множество вопросов математического характера о том, пересекаются ли параллельные прямые в бесконечности. Я предполагаю, что автор вашего текста подписывается на одну из «да» версий этого вопроса. На мой взгляд, это нефункциональное утверждение, которое мало что дает для понимания того, как работает оптика.