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Dünnlinsen-Gleichung

Eine Sammellinse mit 10 cm Brennweite erzeugt von einem Gegenstand in 30 cm Entfernung ein reelles Bild 15 cm hinter der Linse. Geben Sie Brennweite und Gegenstandsweite in derselben Einheit ein und erhalten Sie die Bildweite und die Art des Bildes. Kostenlos in Ihrem Browser.

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Wenn Sie eingeben
Brennweite
10
Gegenstandsweite
30
Erhalten Sie
Bildweite
15
Bildtyp
real

Die Dünnlinsen-Gleichung ist die gaußsche Optik-Identität, die ein Bild aus einem einzigen dünnen Element setzt: eins durch die Brennweite ist gleich eins durch die Gegenstandsweite plus eins durch die Bildweite. Dieser Löser nimmt eine vorzeichenbehaftete Brennweite f und eine vorzeichenbehaftete Gegenstandsweite do entgegen, stellt die Identität nach der unbekannten Bildweite um und liefert di gleich f mal do geteilt durch do minus f, in derselben Längeneinheit, die Sie angegeben haben. Brennweite null und Gegenstandsweite null werden zurückgewiesen, weil eins durch f und eins durch do undefiniert wären. Die Arithmetik ist rein und deterministisch, ohne Netz, ohne Stichproben und ohne Uhr.

Was die Dünnlinsen-Gleichung besagt und wie die Bildweite gelöst wird

Die Dünnlinsen-Gleichung ist die kompakte paraxiale Identität eins durch f gleich eins durch do plus eins durch di, die drei vorzeichenbehaftete Längen von der Linse aus verknüpft: Brennweite f, Gegenstandsweite do und Bildweite di. Unter der gaußschen Vorzeichenkonvention der meisten einführenden Physikkurse hat ein reeller Gegenstand auf der einfallenden Lichtseite positive do, eine sammelnde konvexe Linse positive f und ein reelles Bild auf der austretenden Lichtseite positive di.

Eine zerstreuende konkave Linse trägt eine negative Brennweite, und ein virtuelles Bild, das auf der Gegenstandsseite der Linse erscheint, trägt eine negative di. Die Umstellung auf den unbekannten Bildort ist unmittelbar: eins durch di gleich eins durch f minus eins durch do, was ausmultipliziert die geschlossene Form di gleich f mal do geteilt durch do minus f ergibt. Diese geschlossene Form ist innerhalb des paraxialen Dünnlinsenmodells exakt; sie ist kein Strahlengang, enthält keine sphärische Aberration und verschiebt nicht die Hauptebenen eines dicken Elements.

Klassische Lehrbuchprüfung: eine Sammellinse mit f gleich zehn und do gleich dreißig setzt ein reelles Bild bei di gleich fünfzehn.

Wo ein Dünnlinsen-Gleichungs-Löser seinen Nutzen verdient

Lernende begegnen der Dünnlinsen-Gleichung, wenn eine Hausaufgabe den Bildort zu gegebenen f und do verlangt, wenn ein Praktikum di vor der Messung auf der optischen Bank vorhersagen lässt, oder wenn eine Wettbewerbsaufgabe das gaußsche Ergebnis ohne vollständigen Strahlengang will. Lehrkräfte können Antwortschlüssel für bescheidene Längen vorab erzeugen, ohne undurchsichtigen Rechner-Apps zu vertrauen, die still die Vorzeichenkonvention wechseln oder Infinity als Erfolgslast liefern.

Entwickelnde rufen denselben Vertrag aus Skripten auf, um deterministische Testvektoren für Optik-Widgets zu säen, um vom Benutzer eingegebene f und do vor einer Unterrichtsdemo zu normalisieren, oder um Programmieraufgaben zu erfüllen, die Bildweite statt einer hingewischten Skizze verlangen. Prüfungsgeneratoren brauchen ein deterministisches Orakel, das den Fall do gleich f als falsch wertet, statt still eine riesige Zahl zurückzugeben, die ein fehlerhafter Bewerter als Erfolg behandeln könnte. Eine fehlgeschlagene Prüfung wird nicht berechnet.

Vorhersage für Hausaufgaben und Praktikum

Berechnen Sie die Bildweite aus Lehrbuch-Brennweite und Gegenstandsweite, bevor Sie Strahlen skizzieren oder di auf einer optischen Bank messen.

Automatische Klausur- und LMS-Bewertung

Bewerten Sie Dünnlinsen-Gleichungs-Aufgaben mit einem deterministischen Orakel, das do gleich f als unendliche Bildweite ablehnt statt als Erfolgslast.

Welche Vorzeichenkonvention verwendet die Dünnlinsen-Gleichung?

Gaußsche Konvention: positive f für eine Sammellinse, positive do für einen reellen Gegenstand auf der Einfallsseite, positive di für ein reelles Bild auf der Austrittsseite. Eine Zerstreuungslinse hat negative f; ein virtuelles Bild hat negative di.

Was passiert, wenn der Gegenstand genau im Brennpunkt liegt?

Die Strahlen verlassen die Linse parallel, und das Bild rückt ins Unendliche, das keine endliche Entfernung beschreiben kann. Der Rechner weist diesen Fall mit einer klaren Meldung zurück, statt eine unendliche Zahl anzuzeigen.

Woran erkenne ich, ob das Bild reell oder virtuell ist?

Das Ergebnis sagt es Ihnen. Eine positive Bildweite bedeutet ein reelles Bild auf der anderen Seite der Linse, wo sich das Licht tatsächlich sammelt; eine negative ein virtuelles Bild auf der Gegenstandsseite.

Kann ich den Rechner für eine Zerstreuungslinse nutzen?

Ja. Geben Sie die Brennweite nach der üblichen Vorzeichenregel als negative Zahl ein. Bei einem reellen Gegenstand wird die Bildweite dann negativ, was ein virtuelles Bild auf der Gegenstandsseite anzeigt.

Berücksichtigt der Rechner dicke Linsen oder Abbildungsfehler?

Nein. Er nutzt das ideale Modell der dünnen Linse für achsennahe Strahlen. Es ist keine Strahlverfolgung, sphärische Aberration bleibt unberücksichtigt, und die Hauptebenen einer dicken Linse werden nicht verschoben.

Alles auf dieser Seite ist auch per API verfügbar. Dieser Abschnitt richtet sich an Teams, die es in ihre eigenen Systeme einbinden möchten; alle anderen nutzen einfach das Tool oben.

POSThttps://api.kit.forhosting.com/phys/thin-lens-equation

Authentifizierung per Bearer-Token. Ein einziger POST stellt die Aufgabe in die Warteschlange; das Ergebnis erhalten Sie per Webhook oder über einen signierten Link.

curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/phys/thin-lens-equation \
  -H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
  -H "Content-Type: application/json" \
  -d '{"focal_length":10,"object_distance":30}'
{
  "focal_length": 10,
  "object_distance": 30
}
{
  "task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
  "type": "phys.thin_lens_equation",
  "status": "queued",
  "_links": {
    "result": "/tasks/tsk_…/result"
  }
}

Die API arbeitet asynchron: Sie erhalten sofort eine task_id. Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt.

pro Anfrage$0.002

Der Preis steht auf der Seite – keine Tokens, keine Credits. Fehlgeschlagene Aufgaben werden nicht berechnet.

max_abs_length1000000000000000
HTTPCodeBedeutung
401unauthorizedDer API-Schlüssel fehlt oder ist ungültig – prüfen Sie den Authorization-Header (Bearer).
402insufficient_balanceIhr Guthaben reicht für diese Aufgabe nicht aus – Aufladungen verfallen nicht.
404unknown_typeUnbekannter Aufgabentyp – prüfen Sie das Feld „type“ gegen den Katalog.
429rate_limitedZu viele Anfragen – warten Sie kurz; Polling ist mit 1 Anfrage pro Sekunde erlaubt.

Sitzt der Gegenstand genau in der Brennebene, wird der Nenner null, die austretenden Strahlen sind parallel und das Bild weicht ins Unendliche, sodass die Aufgabe mit invalid_input scheitert statt einer nichtendlichen Zahl.

Was die Dünnlinsen-Gleichung besagt und wie die Bildweite gelöst wird

Der Löser liefert die Bildweite in derselben Längeneinheit, die Sie für f und do verwendet haben, zusammen mit den wiederholten Eingaben, einem image_type-Kennzeichen real oder virtual nach dem Vorzeichen von di und einer kurzen Formelzeichenkette, sodass Hausaufgabenprüfungen, Laborschlüssel und API-Klienten das gaußsche Ergebnis anzeigen können, ohne die Algebra neu herzuleiten. Wenn do gleich f ist, ist der Nenner null: einfallende Strahlen von einem Punkt der Brennebene verlassen nach der Brechung parallel, das Bild liegt im Unendlichen, und eine endliche JSON-Zahl kann diese Geometrie nicht darstellen, daher wird die Anfrage zurückgewiesen statt Infinity oder NaN zu liefern.

Eingabevertrag, Aliasse und der Fehler do-gleich-f

Beträge über der dokumentierten Decke von einer Billiarde werden zurückgewiesen, damit eine verirrte Einheitenumrechnung den Isolat nicht überläuft. Die Brennweite muss ungleich null sein, weil eins durch f in einer Ebene der Leistung null undefiniert ist; die Gegenstandsweite muss ungleich null sein, weil eins durch do undefiniert ist, wenn der Gegenstand in der Linsenebene sitzt. Kombinieren Sie die Antwort mit Ihrer eigenen Strahlenskizze, falls Sie ein Diagramm brauchen; dieser Endpunkt löst die Gleichung nur nach di und gibt weder Vergrößerung noch Orientierungskennzeichen noch Plots aus. Senden Sie einen JSON-Körper mit zwei Pflicht-Endlichzahlen: focal_length für f und object_distance für do. Die Aliasse f und focalLength werden für die Brennweite akzeptiert; die Aliasse do, u, s_o und objectDistance für die Gegenstandsweite, sodass Tabellen, Abfragezeichenketten und typisierte Formulare denselben Vertrag wiederverwenden. Jedes Feld kann als JSON-Zahl oder als numerische Dezimalzeichenkette eintreffen, einschließlich optionaler führender Vorzeichen und wissenschaftlicher Notation. Fehlende Felder, leere Zeichenketten, nichtnumerische Token, Infinity und NaN scheitern mit invalid_input unter Nennung des Feldes. Der kennzeichnende Fehlschlag, den dieser Endpunkt einfangen soll, ist object_distance gleich focal_length: das ist der Fall Gegenstand in der Brennebene, parallele austretende Strahlen, unendliche Bildweite. Bei Erfolg wiederholt der Körper die gerundeten focal_length und object_distance, die berechnete image_distance auf zehn Dezimalstellen für stabile goldens, image_type real wenn di positiv oder virtual wenn di negativ ist, und die Formelzeichenkette eins durch f gleich eins durch do plus eins durch di.

Wo ein Dünnlinsen-Gleichungs-Löser seinen Nutzen verdient

Ingenieurhefte reduzieren oft die Anordnung einer einlinsigen Kamera oder eines Projektors auf diese Identität, bevor sie zur Mehrelementkonstruktion übergehen; ein kleiner parse-API-Aufruf erspart eine volle optische Entwurfssuite für ein Zweizahlenproblem. Weil die Implementierung parse der Stufe A ist, kostet jeder erfolgreiche Aufruf den veröffentlichten Grundpreis $0.002 ohne Modell-Token und ohne ausgehendes Netz. Halten Sie Anfragen klein, pinnen Sie die gerundete image_distance in Tests und Sie erhalten reproduzierbare gaußsche Bildorte für Hausaufgaben, LMS-Erweiterungen und Rand-Worker, ohne eine eigene Strahlverfolgungsinfrastruktur aufzustellen.

Skripte und Optik-Widgets

Lösen Sie 1/f = 1/do + 1/di nach di in Heften, CI-Fixtures und Unterrichtsdemos, ohne eine volle optische Entwurfsbibliothek zu importieren.

Was ist die Dünnlinsen-Gleichung?

Die gaußsche Identität 1/f = 1/do + 1/di, die Brennweite, Gegenstandsweite und Bildweite einer einzelnen dünnen Linse verknüpft. Dieser Löser stellt sie um zu di = f·do/(do − f).

Wie berechnet man die Bildweite aus f und do?

Senden Sie endliche, von null verschiedene Zahlen focal_length und object_distance (gleiche Längeneinheit). Die API liefert image_distance und ein image_type real (di > 0) oder virtual (di < 0).

Was geschieht, wenn die Gegenstandsweite der Brennweite gleicht?

Die Aufgabe scheitert mit invalid_input. Bei do = f sitzt der Gegenstand in der Brennebene, die austretenden Strahlen sind parallel und die Bildweite ist unendlich, daher wird kein endliches JSON-Ergebnis geliefert.

Was kostet der Dünnlinsen-Gleichungs-Löser?

Das Browser-Werkzeug ist kostenlos. API-Anfragen nutzen vorausbezahltes KIT-Guthaben zu $0.002 je erfolgreichem Aufruf; ungültige Eingabe wird nicht berechnet.

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