تصادف عدسات كل يوم. سواء كانت العدسة على كاميرا هاتفك الخلوي ، أو العدسات على النظارات أو العدسات اللاصقة التي تستخدمها لرؤية واضحة ، أو عدسات مكبرة ، أو مجاهر ، تلسكوبات أو أي شيء آخر تمامًا ، تشرح فيزياء العدسات كيف يمكن استخدام قطعة بسيطة من الزجاج لتكبير الصور أو تصغيرها أو التركيز عليها من أجل أي غرض.
تعمل العدسات بشكل أساسي عن طريق ثني أشعة الضوء التي تمر عبرها من خلال الانكسار ، ولكن يمكن تنفيذ هذه النقطة الأساسية بطرق مختلفة تختلف وفقًا لنوع العدسة. لحسن الحظ ، من السهل فهم أساسيات هذه العدسات عندما تتعلم المزيد عن كيفية عملها.
ما هي العدسة؟
العدسة عبارة عن قطعة من مادة شفافة يتم تشكيلها بطريقة تجعل أشعة الضوء تنحني بطريقة معينة كما هي عبرها ، سواء كان ذلك يعني جعل الأشعة تتقارب إلى نقطة معينة أو تتباعد كما لو كانت من نقطة معينة هدف. يمكن أن تكون المادة المستخدمة قطعة من الزجاج أو البلاستيك ، ويحدد شكل العدسة ما إذا كانت تتسبب في تقارب أشعة الضوء أو تباعدها. تأتي كلمة "عدسة" من الكلمة اللاتينية التي تعني "العدس" ، وذلك بسبب التشابه في الشكل بين العدسة المتقاربة والبقوليات.
يحدث الانحناء الفعلي لأشعة الضوء التي تنتجها العدسة لأن مادة العدسة لها معامل انكسار مختلف عن الهواء المحيط. هذا السلوك موصوف في قانون سنيل للانكسار ، والذي يربط الاختلاف في الزاوية بين شعاع الضوء الساقط وشعاع الضوء المنكسر بمؤشرات الانكسار لكلا المادتين.
باختصار ، ينص القانون على أنك إذا كنت تنتقل من مادة ذات معامل انكسار منخفض إلى مادة أعلى (على سبيل المثال ، من الهواء إلى الزجاج) ، فإن شعاع الضوء ينحرف نحو "العادي" إلى السطح (أي باتجاه الاتجاه العمودي للسطح عند تلك النقطة) وأن العكس هو الصحيح بالنسبة لأشعة الضوء التي تنتقل من مادة معامل انكسار أعلى إلى مادة أقل. واحد.
تعريفات
هناك عدد غير قليل من المصطلحات الفريدة المستخدمة في البصريات ، وفهمها أمر بالغ الأهمية إذا كنت تدرس فيزياء العدسات.
- ال النقطة المحورية هي النقطة التي تلتقي عندها الأشعة المتوازية بعد مرورها عبر العدسة.
- ال البعد البؤري العدسة هي المسافة من مركزها إلى النقطة البؤرية ، وتحدد أساسًا "قوة الانحناء" للعدسة.
- ال المحور البصري هو خط التماثل للعدسة.
- أ شعاع الضوء هو تقريب لمسار الضوء ، حيث تُستخدم الخطوط المستقيمة لتمثيل حركة موجات الضوء (أو الفوتونات). تنتج كل نقطة على جسم ما أشعة ضوئية في كل اتجاه ممكن ، ولكن عادة ما يتم اختيار عدد قليل من الأشعة المحددة لتحديد موقع الصورة الناتجة.
- ان عدسة بصرية عبارة عن قطعة واحدة من المواد المصممة لإحداث تقارب أشعة الضوء (عدسة محدبة) أو تشعب (عدسة مقعرة).
- أ عدسة ثنائية الوجه هي عدسة بصرية بسيطة ذات وجهين محدبين (ينتج عنها شكل يشبه العدس الذي أعطى العدسات اسمها) ، وأحيانًا تسمى العدسة المحدبة ذات البعد البؤري الإيجابي بحكم التعريف. يتم استخدامها في العدسات المكبرة والتلسكوبات والمجاهر وحتى العين البشرية.
- ال عمق الميدان يصف نطاق المسافات التي يتم فيها التركيز على الأشياء عند النظر إليها من خلال العدسة ، وهي مصطلحات شائعة في التصوير الفوتوغرافي على وجه الخصوص. بما أن مستشعرات الضوء في الكاميرات ذات حجم ثابت ، إذا كانت الصورة كذلك بعض الشيء غير مركّز ولكن مقدار الخطأ صغير بما يكفي ، فلن يتم تسجيله في الواقع على أنه خارج نطاق التركيز. هذا النطاق من التركيز هو عمق المجال.
- ال عدسة الوزراء هي عدسة مستخدمة في التصوير الفوتوغرافي بطول بؤري ثابت ، على عكس عدسات الزوم حيث يمكن تغيير البعد البؤري. في سياقات أخرى ، على الرغم من ذلك ، يمكن استخدام العدسة الأولية لتعني العدسة الأساسية في نظام يتكون من عدسات متعددة.
مخططات راي
المخططات الشعاعية هي أداة مفيدة للغاية في البصريات ، وتُستخدم للعثور على الموقع الذي سيتم تكوين الصورة فيه بناءً على موقع الكائن والعدسة. من خلال رسم بعض الضوء الأساسي المنبثق من كائن ما وتحديد مساره أثناء مروره عبر العدسة ، فإن النقطة التي يلتقيان فيها هي المكان الذي سيتم تكوين الصورة فيه.
يمكن إجراء هذه العملية باستخدام قانون الانكسار الخاص بسنيل ، ولكن يمكن لبعض الحيل تبسيط العملية أيضًا. على سبيل المثال ، الشعاع الذي يمر عبر مركز العدسة بالكاد ينحرف على الإطلاق ، وهذا ما يحدث يضرب العدسة بشكل عمودي على المحور البصري ينكسر ليمر عبر النقطة البؤرية لـ عدسة.
يمكن أن تكون الصورة التي تنتجها العدسة حقيقية أو افتراضية. للحصول على صورة حقيقية ، تتقارب أشعة الضوء لتكوين صورة في موقع معين ، ويمكنك رؤية تلك الصورة إذا وضعت شاشة في ذلك الموقع. في العين البشرية والمنطقة خلف عدسة الكاميرا ، تُستخدم الخلايا أو المواد الحساسة للضوء لالتقاط هذه الصورة.
الصورة الافتراضية مختلفة: عندما تنحرف الأشعة عن العدسة ، فإن اتجاهها يصنعها نظرة وكأنهم أتوا من موقع الصورة الافتراضية. بعبارة أخرى ، إذا اتبعت الأشعة المنكسرة للخلف ولكنك اتبعت خطوطًا مستقيمة فقط ، فستتقارب جميعها في موقع الصورة الافتراضية. ومع ذلك ، لا تتقارب أشعة الضوء فعليًا في هذا الموقع ، وإذا وضعت شاشة هناك ، فلن ترى صورة.
أنواع العدسات وكيفية عملها
تعد عدسة الكاميرا من أكثر أنواع العدسات شيوعًا التي تصادفها يوميًا ، وتأتي هذه في العديد من الأنواع المختلفة ، على الرغم من أنها تشترك جميعًا في نفس المبادئ الأساسية للعملية الموضحة سابقا.
العدسة الأساسية هي عدسة أساسية ذات طول بؤري ثابت ، وعدسة الزوم لها طول بؤري متغير ، لذلك لن تضطر إلى تغيير موقعك فعليًا للحصول على شيء في التركيز. العدسة ذات الزاوية العريضة هي نوع من العدسات ذات طول بؤري صغير جدًا يزيد بشكل كبير من مجال الرؤية ، وعدسة عين السمكة هي في الأساس نسخة متطرفة من عدسة واسعة الزاوية.
ومن الأمثلة الأخرى العدسات المقربة ، والتي تتميز بأطوال بؤرية طويلة جدًا وتهدف إلى التقاط الأهداف البعيدة بعيدًا ، وعدسات الماكرو المصممة للتركيز البؤري في نطاقات قريبة جدًا وإما إنتاج نسخ بالحجم الطبيعي أو مكبرة من شاء.
الأنواع الأخرى الشائعة من العدسات هي عدسات النظارات أو العدسات اللاصقة ، وكلاهما يعمل على تصحيح مشاكل الرؤية لديك. إذا كنت "قصر النظر" ، فهذا يعني أن عدسات عينك تنشئ صورًا أمام شبكية العين الحساسة للضوء في عينك ، وبالتالي تحتاج إلى عدسات متباعدة (مقعرة) لتحريك الصورة إلى الخلف.
إذا كنت "بعيد النظر" ، فإن العدسات الموجودة في عينيك ستنتج صورة أبعد من شبكية عينك ، لذلك تحتاج إلى عدسات متقاربة لتصحيح هذه المشكلة.
تقوم كل من العدسات اللاصقة والنظارات بتصحيح ذلك بنفس الطريقة - عن طريق إضافة عدسة تصحيحية إضافية لجعلها فعالة يتطابق الطول البؤري لعينك مع المسافة إلى شبكية عينك - ولكن هناك اختلافات لأن العدسات اللاصقة توضع مباشرة على عينيك عيون. في العدسات اللاصقة ، لا تحتاج العدسة إلى تغطية أكبر مساحة (يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتلميذك عند أقصى اتساع لها) ويمكن تحقيق ذلك باستخدام مواد أقل. بالنسبة لعدسات النظارات ، تحتاج العدسة إلى تغطية مساحة أكبر بكثير وتكون أكثر سمكًا نتيجة لذلك.