العدسات عبارة عن أجسام شفافة يمكنها كسر ضوء الشمس. إنها مصنوعة بشكل رئيسي من الزجاج. تشير عبارة "انكسار الضوء" إلى القدرة على تغيير اتجاه انتشار أشعة الضوء الساقط. دعونا نفكر في كيفية تكوين الصور في عدسة رقيقة.
الخلفية التاريخية
العدسات الأولى التي عرفها الإغريق والرومان القدماء كانت أواني زجاجية كروية مملوءة بالماء. تم استخدام هذه النماذج الأولية من النظارات البصرية الحديثة لإشعال الحرائق.
فقط في نهاية القرن الثالث عشر تم صنع أول عدسة زجاجية في أوروبا. منذ ذلك الحين ، لم تتغير عملية تصنيعها كثيرًا. كان الابتكار الوحيد هو استخدام القطران من قبل إسحاق نيوتن في القرن السابع عشر لتلميع أسطح الأجسام البصرية.
جمع وتشتت النظارات البصرية
لتسهيل فهم تكوين الصور في عدسة رقيقة ، ضع في اعتباركالسؤال هو ، ما هي النظارات البصرية. بشكل عام ، هناك نوعان فقط من العدسات يختلفان في شكلهما وقدرتهما على انكسار تدفق الضوء. الأنواع التالية مميزة:
- العدسات المتقاربة. هذا النوع له سمك الجزء المركزي منه أكبر من سمك الحواف. تتشكل الصورة الناتجة في العدسة المتقاربة على الجانب الآخر من الضوء الساقط عليها. هذا النوع لديه القدرة على جمع الضوء في نقطة واحدة (تركيز إيجابي).
- عدسات متباينة. الجزء المركزي أرق من الحواف. نظرًا لشكلها ، تعمل هذه النظارات البصرية على تشتيت الضوء الساقط عليها ، مما يؤدي إلى تكوين صورة على نفس جانب العدسة حيث تسقط عليها الأشعة من جسم ما. الصورة التي تم إنشاؤها أصغر بكثير من العنصر الفعلي. إذا استمرت الأشعة المتناثرة بواسطة هذا الزجاج البصري بطريقة تحدد مصدرها ، فسيبدو أنها تخرج من نقطة واحدة أمامه. هذه النقطة تسمى البؤرة ، وهي سلبية أو خيالية لعدسة متباعدة.
أشكال مختلفة من النظارات البصرية
يمكن صنع النوعين الحاليين من العدسات بعدة طرق. يتم تمييز الأشكال الستة التالية:
- محدب ثنائي.
- بلانو محدب.
- بهلالة محدبة (مقعرة - محدبة).
- Biconcave.
- بلانو مقعر.
- بهلالة مقعرة (محدبة-مقعرة).
عناصر زجاجية محدبة
لفهم فيزياء العدسة والبناء فيهاعدسات التصوير الرقيقة ، من الضروري معرفة العناصر الأساسية لهذا الكائن البصري. دعونا نذكرهم:
- المركز البصري (O) هو النقطة التي يمر من خلالها الضوء دون أن ينكسر.
- المحور الرئيسي هو خط مستقيم يمر عبر نقطة المركز البصري والتركيز الرئيسي.
- التركيز الرئيسي أو الرئيسي (F) هو النقطة التي تمر من خلالها أشعة الضوء أو امتداداتها إذا سقطت على زجاج بصري موازٍ لمحوره الرئيسي.
- المحور الإضافي - أي خط مستقيم يمر عبر المركز البصري.
- نصف قطر الانحناء هما نصف قطر ، R1و R2، من الكرات التي تشكل العدسة.
- مراكز الانحناء - مركزان من المجالات ، C1و C2، والتي تشكل أسطح الزجاج البصري.
- البعد البؤري (f) - المسافة بين النقطة المحورية والمركز البصري. يوجد تعريف آخر للقيمة (f): هذه هي المسافة من مركز العدسة الضوئية إلى الصورة ، والتي تعطي كائنًا يقع بعيدًا بشكل لا نهائي.
خصائص بصرية
سواء كان زجاجًا محدبًا بسيطًا أو أنظمة بصرية معقدة ، وهي عبارة عن مجموعة من العدسات الفردية ، فإن خصائصها البصرية تعتمد على معلمتين: البعد البؤري والعلاقة بين البعد البؤري وقطر العدسة.
يتم قياس الطول البؤري بطريقتين:
- بوحدات المسافة العادية ، مثل 10 سم ، 1 متر ، وهكذا
- في الديوبتر ، هذه قيمة تتناسب عكسياً مع البعد البؤري ، مقاسة بالأمتار.
على سبيل المثال ، الزجاج البصري بقوة 1 ديوبتر له طول بؤري 1 متر ، في حين أن العدسة ذات القوة 2 ديوبتر لها طول بؤري 0.5 متر فقط.
يحدد قطر العدسة وعلاقته بالبعد البؤري قدرة الزجاج البصري على جمع الضوء أو ناتج الضوء.
خصائص الأشعة التي تمر عبر العدسة
في مدارس الصف الثامن ، يعد بناء الصور في العدسات الرقيقة أحد الموضوعات المهمة في الفيزياء. لتعلم كيفية بناء هذه الصور ، يجب على المرء ألا يعرف فقط المفاهيم والعناصر الأساسية ، ولكن أيضًا خصائص بعض الأشعة التي تمر عبر كائن نشط بصريًا:
- أي شعاع يمر بالتوازي مع المحور الرئيسي ينكسر بطريقة إما أنه يمر عبر البؤرة (في حالة العدسة المتقاربة) ، أو أن استمراره التخيلي يمر عبر البؤرة (في حالة a واحد متشعب).
- الشعاع الذي يمر عبر البؤرة ينكسر بحيث يستمر في حركته بالتوازي مع المحور الرئيسي. لاحظ أنه في حالة العدسة المتباينة ، تكون هذه القاعدة سارية إذا كان استمرار سقوط الحزمة عليها يمر عبر التركيز الموجود على الجانب الآخر من الكائن البصري.
- أي شعاع ضوئي يمر عبر مركز العدسة لا يتعرض لأي انكسار ولا يغير اتجاهه.
ميزات بناء الصور في العدسات الرقيقة
على الرغم من جمع وتشتت بصريالزجاج لها خصائص متشابهة ، وبناء الصور في كل منها له خصائصه الخاصة.
عند إنشاء الصور ، تكون صيغة العدسة الرقيقة هي:
1 / f=1 / do+ 1 / di،
حيث doو diهي المسافة من المركز البصري إلى الكائن وإلى صورته.
لاحظ أن البعد البؤري (f) موجب للعدسات المتقاربة وسالب للعدسات المتباينة.
تطبيق الخصائص المذكورة أعلاه للأشعة التي تمر عبر زجاج بصري جامع يؤدي إلى النتائج التالية:
- إذا كان الكائن يقع على مسافة تزيد عن 2f ، فسيتم الحصول على صورة حقيقية ، بحجم أصغر من الكائن. نراه رأسا على عقب
- كائن يتم وضعه على مسافة 2f من العدسة ينتج عنه صورة مقلوبة حقيقية بنفس حجم الكائن نفسه.
- إذا كان الكائن على مسافة أكبر من f ، ولكن أقل من 2f ، فيتم الحصول على صورة حقيقية مقلوبة ومكبرة.
- إذا كان الكائن في النقطة المحورية ، فإن الأشعة التي تمر عبر الزجاج البصري تصبح متوازية ، مما يعني عدم وجود صورة.
- إذا كان الكائن أقرب من بُعد بؤري واحد ، فستتحول صورته إلى صورة خيالية ومباشرة وأكبر من الكائن نفسه.
بما أن خصائص الأشعة التي تمر عبر عدسة متقاربة ومتباعدة متشابهة ، فإن تكوين الصور التي تقدمها عدسة رقيقة من هذا النوع يتم وفقًا لقواعد مماثلة.
رسوماتتصوير مناسبات مختلفة
في الرسومات ، يُشار إلى العدسة المتقاربة بخط توجد في نهايته أسهم تشير إلى الخارج ، ويشار إلى العدسة المتباينة بخط مع أسهم في الأطراف موجهة إلى الداخل ، أي ، على بعضهم البعض.
المتغيرات المختلفة لرسومات إنشاء الصور في العدسات الرقيقة ، والتي تمت مناقشتها في الفقرة السابقة ، موضحة في الشكل أدناه.
كما يتضح من الشكل ، فإن جميع الصور (لأي نوع من الزجاج البصري وموقع الكائن بالنسبة لها) مبنية على شعاعين. أحدهما موجه بالتوازي مع المحور الرئيسي ، والآخر يمر عبر المركز البصري. استخدام هذه الحزم ملائم لأن سلوكها بعد المرور عبر العدسة معروف. لاحظ أيضًا أن الحافة السفلية للكائن (السهم الأحمر في هذه الحالة) تقع على المحور البصري الرئيسي ، لذلك يكفي فقط إنشاء صورة أعلى نقطة من الكائن. إذا كان الكائن (السهم الأحمر) موجودًا بشكل تعسفي بالنسبة للزجاج البصري ، فمن الضروري بناء صورة لأجزائه العلوية والسفلية بشكل مستقل.
حزمتان تكفيان لبناء أي صور. إذا كان هناك عدم يقين بشأن النتيجة ، فيمكن التحقق منها باستخدام الشعاع الثالث. يجب أن يتم توجيهه من خلال التركيز (أمام العدسة المتقاربة وخلف العدسة المتباينة) ، ثم بعد المرور عبر الزجاج البصري والانكسار فيه ، ستكون الحزمة موازية للمحور البصري الرئيسي. إذا تم حل مشكلة إنشاء صورة في عدسة رقيقةيمينًا ، ثم يمر عبر النقطة التي يتقاطع فيها الشعاعتان الرئيسيتان.
عملية تصنيع الأجسام البصرية
معظم العدسات مصنوعة من أنواع خاصة من الزجاج تسمى العدسات البصرية. لا توجد ضغوط داخلية ، فقاعات هواء وعيوب أخرى في مثل هذا الزجاج.
تتم عملية صنع العدسات على عدة مراحل. أولاً ، يتم قطع جسم مقعر أو محدب بالشكل المطلوب من كتلة من الزجاج البصري باستخدام أدوات معدنية مناسبة. ثم يتم صقلها باستخدام القطران. في المرحلة النهائية ، يتم تغيير حجم الزجاج البصري باستخدام أدوات جلخ بحيث يتطابق مركز الثقل تمامًا مع المركز البصري.
نظرًا لتطور تقنيات الحصول على أنواع مختلفة من البلاستيك ومعالجتها ، يتم الآن تصنيع العدسات بشكل متزايد من أنواع بلاستيكية شفافة ، وهي أرخص وأخف وزنًا وأقل هشاشة من نظيراتها الزجاجية.
مجالات التطبيق
تستخدم النظارات البصرية لحل مشاكل الرؤية المختلفة. لهذا الغرض ، يتم استخدام كل من العدسات اللاصقة البلاستيكية والعدسات الزجاجية (مع النظارات).
بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم النظارات البصرية في كاميرات التصوير الفوتوغرافي والمجاهر والتلسكوبات وغيرها من الأدوات البصرية. يستخدمون نظامًا كاملاً من العدسات. على سبيل المثال ، في حالة أبسط مجهر ، يتكون من زجاجين بصريين ، يشكل الأول صورة حقيقية للكائن ، والثانية تستخدم لتكبير صورتها. لذلك ، يقع الزجاج الثاني على مسافة مناسبة من الأول ، وفقًا لقواعد تكوين الصور في عدسة رقيقة.
