עדשות קעורות וקמורות: קווי דמיון והבדלים

חייך לא היו זהים ללא עדשות. בין אם אתה צריך להרכיב משקפי ראייה מתקנים ובין אם לא, אינך יכול לראות תמונה ברורה של שום דבר ללא סוג של עדשות כדי לכופף את קרני האור העוברות דרכם למוקד יחיד.

מדענים תלויים במיקרוסקופים ובטלסקופים כדי לאפשר להם לראות עצמים קטנים מאוד או רחוקים, למעט מוגדלים עד לנקודה שבה הם יכולים לחלץ נתונים שימושיים או תצפיות מהתמונות. ובדיוק באותם עקרונות משתמשים כדי לוודא שיש לכם מצלמה שתוכל לעזור לכם לצלם את הסלפי המושלם.

מהזכוכית המגדלת ועד לעין האנושית, כל העדשות פועלות על אותם עקרונות בסיסיים. אמנם ישנם הבדלים חשובים בין עדשות מתכנסות (עדשות קמורות) לבין עדשות שונות (עדשות קעורות), ברגע שתלמדו כמה מהפרטים הבסיסיים, תוכלו להבחין בדמיון רב גַם.

לפני שיוצאים למסע זה להבנת עדשות קמורות וקעורות, חשוב שיהיה תחל על כמה ממושגי המפתח באופטיקה. המוקדהיא הנקודה בה קרניים מקבילות מתכנסות (כלומר נפגשות) לאחר מעבר דרך עדשה, ושם נוצרת תמונה ברורה.

האורך מוקדהעדשה היא המרחק ממרכז העדשה לנקודת המוקד, כאשר אורך המוקד קטן יותר מציין עדשה המכופפת את קרני האור בצורה חזקה יותר.

הציר אופטישל עדשה הוא קו הסימטריה שעובר במרכז העדשה, שעובר אופקית אם אתה מדמיין שעדשה עומדת אנכית זקופה.

אקרן אורהיא דרך שימושית לייצג את נתיב קרן האור, המשמשת בתרשימי קרניים בכדי לתת פרשנות חזותית כיצד נוכחות עדשה משפיעה על נתיב קרן האור.

בפועל, לכל אובייקט יהיו קרני אור שישאירו אותו לכל כיוון, אך לא כל אלה מציעים מידע שימושי בכל הנוגע לניתוח מה העדשה עושה בפועל. כאשר אתה מצייר דיאגרמות של קרניים, בדרך כלל די בכדי לבחור כמה קרני אור מרכזיות בכדי להסביר את התפשטות גלי האור ואת תהליך היווצרות התמונה.

דיאגרמות קרניים ומעקב אחר קרניים מאפשרים לך לקבוע את מיקום היווצרות התמונה על סמך מיקום האובייקט ומיקום העדשה.

ניתן להשלים את תהליך ציור קרני האור והסטייתם בזמן שהם עוברים דרך העדשה באמצעות חוק השבירה של סנל, המתייחס לזווית הקרן לפני שמגיעים עדשה לזווית בצד השני של העדשה, בהתבסס על מדדי השבירה לאוויר (או מדיום אחר שדרכו עוברת הקרן) ופיסת הזכוכית או חומר אחר המשמש ל עֲדָשָׁה.

עם זאת, זה יכול לקחת זמן רב, ויש כמה טריקים שיכולים לעזור לך לייצרדיאגרמות קרנייםיותר בקלות. במיוחד, זכרו שקרני האור העוברות במרכז העדשה אינן נשברות במידה ניכרת, וכי קרניים מקבילות מוסטות לעבר מוקד.

ישנם שני סוגים עיקריים של היווצרות תמונה שיכולים להתרחש עם עדשות וכי אתה יכול להשתמש בתרשימי קרן כדי ליצור. הראשון מביניהם הוא "תמונה אמיתית", המתייחסת לנקודה בה קרני האור מתכנסות ליצירת תמונה. אם הצבתם מסך במיקום זה, קרני האור ייצרו תמונה בפוקוס על המסך. תמונה אמיתית מופקת על ידי עדשה מתכנסת, הידועה גם כעדשה קמורה.

תמונה וירטואלית שונה לחלוטין והיא נוצרת על ידי עדשה שונה. מכיוון שעדשות אלו מכופפות את קרני האוררָחוֹקאחד מהשני (כלומר לגרום להם לסטות), "התמונה" נוצרת למעשה בצד העדשה שממנה הגיעו קרני האור.

הניקוז של הקרניים בצד הנגדי גורם לזה להיראות כאילו הקרניים נוצרו על ידי אובייקט באותו צד. של העדשה כקרני האירוע, כאילו עקבת אחר הקרניים בדרך ישר עד לנקודה בה הם היו לְהִתְכַּנֵס. זה לא נכון ממש, אם כי אם תציב מסך במיקום זה לא תהיה תמונה.

משוואת העדשות הדקות היא אחת המשוואות החשובות ביותר באופטיקה, והיא מתייחסת למרחק לאובייקטד​_o, המרחק לתמונהד​_אני ואורך המוקד של העדשהf. המשוואה היא די פשוטה, אך היא קצת קשה יותר לשימוש מאשר משוואות אחרות בפיזיקה מכיוון שמונחי המפתח הם במכונות השברים, כדלקמן:

המוסכמה היא שלדימוי וירטואלי יש מרחק שלילי וכי לתמונות אמיתיות יש מרחק תמונה חיובי. אורך המוקד של העדשה עוקב אחר אותה מוסכמה, כך שאורכי המוקד החיוביים מייצגים עדשות מתכנסות, ואורכי המוקד השליליים מייצגים עדשות שונות.

​עדשות קמורות וקעורותהם שני הסוגים העיקריים של עדשות הנדונות בשיעורי פיסיקה מבוא, כך שכל עוד אתה מבין כיצד אלה מתנהגים, תוכל לענות על כל שאלה.

חשוב לציין כי משוואה זו מיועדת לעדשה "דקה". המשמעות היא שניתן להתייחס אל העדשה כמסטה את נתיב קרן האור ממנהאחדמיקום בלבד, מרכז העדשה.

בפועל, יש סטיה משני צידי העדשה - אחת בממשק שבין האוויר לחומר העדשה, לבין אחר בממשק בין חומר העדשה לאוויר בצד השני - אך הנחה זו הופכת את החישוב להרבה פשוט יותר.

עדשה קעורה מכונה גם עדשה מתפצלת, ואלה מעוקלות כך ש"קערת "העדשה פונה לאובייקט המדובר. כאמור לעיל, המוסכמה היא שלעדשות כאלה מוקצה אורך מוקד שלילי, והתמונה הווירטואלית שהם מייצרים נמצאת באותו צד של האובייקט המקורי.

כדי להשלים אתתהליך איתור קרנייםעבור עדשה קעורה, שים לב שכל קרן אור מהאובייקט שתעבור במקביל לציר האופטי של העדשה תהיה סוטה, כך שנראה שמקורו קרוב למוקד העדשה, באותו צד של העדשה כמו האובייקט את עצמה.

כאמור לעיל, כל קרן שתעבור במרכז העדשה תמשיך מבלי להיות מוטה. לבסוף, כל קרן שנע לעבר נקודת המוקד בצד הנגדי של העדשה תוסט, ולכן היא מופיעה במקביל לציר האופטי.

ציור של כמה קרניים כאלה על בסיס נקודה אחת על האובייקט בדרך כלל יספיק כדי למצוא את המיקום של התמונה המיוצרת.

עדשה קמורה ידועה גם כעדשה מתכנסת ובעצם עובדת בצורה הפוכה לעדשה קעורה. הוא מעוקל כך שהעיקול החיצוני של צורת ה"קערה "הכי קרוב לאובייקט, ואורך המוקד מוקצה לערך חיובי.

תהליך איתור קרני העדשה המתכנסת דומה מאוד לזה של העדשה המסתדרת, עם כמה הבדלים חשובים. כמו תמיד, קרני אור העוברות במרכז העדשה אינן מוסטות.

אם קרן אירוע נעה במקביל לציר האופטי, היא תוסט דרך נקודת המוקד בצד הנגדי של העדשה. לעומת זאת, כל קרן אור שתגיע מהאובייקט ותעבור בנקודת המוקד הקרובה במסעה לעבר העדשה תוסטה, כך שהיא מגיחה במקביל לציר האופטי.

שוב, על ידי ציור שתיים או שלוש קרניים לנקודה על האובייקט המבוסס על עקרונות פשוטים אלה, תוכל למצוא את מיקום התמונה. זו הנקודה בה כל קרני האור מתכנסות בצד הנגדי של העדשה לאובייקט עצמו.

הגדלה היא מושג חשוב באופטיקה, והיא מתייחסת ליחס בין גודל התמונה המופקת על ידי עדשה לגודל האובייקט המקורי. זה כמעט מה שאתה מבין הגדלה כמושג מחיי היומיום - אם התמונה גדולה פי שניים מהאובייקט, היא הוגדלה על ידי גורם שניים. אבל ההגדרה המדויקת היא:

איפהMהוא ההגדלה,אנימתייחס לגודל התמונה וoמתייחס לגודל האובייקט. הגדלה שלילית מצביעה על תמונה הפוכה, כאשר הגדלה חיובית עומדת זקופה.

יש קווי דמיון בין עדשות קמורות וקעורות במונחים בסיסיים, אך ישנם יותר הבדלים מאשר דמיון כאשר מסתכלים עליהם ביתר פירוט.

הדמיון העיקרי הוא ששניהם עובדים על אותו עיקרון בסיסי, שבו ההבדל בין מקדם השבירה בין העדשה למדיום שמסביב מאפשר להם לכופף את קרני האור וליצור מוקד. עם זאת, עדשות מתבדלות יוצרות תמיד תמונות וירטואליות, בעוד שעדשות מתכנסות יכולות ליצור תמונות אמיתיות או וירטואליות.

ככל שהעקמומיות של העדשה פוחתת, עדשות מתכנסות ומתפלגות הופכות דומות יותר ויותר זו לזו, מכיוון שגם הגיאומטריה של המשטחים הופכת דומה יותר. מכיוון ששניהם עובדים על פי אותו עיקרון, ככל שהגיאומטריה הופכת להיות דומה יותר, ההשפעה שיש להם על קרן אור הופכת להיות דומה יותר.

לעדשות קעורות וקמורות יש יישומים מעשיים רבים, אך הנפוץ ביותר בחיי היום יום הוא השימושעדשות מתקנות(משקפי ראייה) לקוצר ראייה או קוצר ראייה, או אכן היפרופיה או רוחק ראייה.

בשני התנאים הללו, מוקד עדשת העין לא ממש תואם את המיקום של הרשתית הרגישה לאור בחלק האחורי של העין, כשהיא נמצאת מול קוצר ראייה ומאחוריה עבור היפרופיה. משקפי ראייה לקוצר ראייה משתנים, ולכן מוקד מועבר לאחור, ואילו עבור היפרופיה משתמשים בעדשות מתכנסות.

זכוכית מגדלת ומיקרוסקופים פועלים באותה דרך בסיסית, תוך שימוש בעדשות דו-קמתיות (עדשות עם שתי צלעות קמורות) כדי לייצר גרסה מוגדלת של התמונות. זכוכית מגדלת היא המכשיר האופטי הפשוט יותר, עם עדשה אחת המשמשת לייצור גודל תמונה גדול יותר ממה שהיית יכול להשיג אחרת. מיקרוסקופים הם קצת יותר מסובכים (מכיוון שבדרך כלל יש להם עדשות מרובות), אך הם מייצרים תמונות מוגדלות באופן זהה.

טלסקופי רפרקטור עובדים בדיוק כמו מיקרוסקופים ומשקפי זכוכית מגדלת, עם עדשה דו קמורה מייצר מוקד בתוך גוף הטלסקופ, אך האור ממשיך להגיע ל עינית.

כמו במיקרוסקופים, יש להם עדשה נוספת בעינית כדי לוודא שהאור שנלכד נמצא בפוקוס כשהוא מגיע לעין שלך. הסוג העיקרי השני של הטלסקופ הוא טלסקופ מחזיר אור, שמשתמש במראות במקום בעדשות כדי לאסוף את האור ולשלוח אותו לעין שלך. המראה קעורה, ולכן היא ממקדת את האור לתמונה אמיתית באותו צד של המראה כמו האובייקט.