تويت
الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة – مبادئ العمل والقوانين
فادي مشكاف
لعلّ كثيرين يجهلون حقيقة أهميّة العدسات واستخداماتها المتعدّدة والمتنوعّة في حياتنا اليوميّة، ولكي نحيطك علمًا فأنت تصادف استخدام مختلف أنواع العدسات بشكلٍ يوميٍّ سواء عند استخدامك لكاميرا هاتفك الذكي، أو نظاراتك الطبيّة، أو العدسات اللاصقة، أو المكبّرة، أو المجهر والقائمة تطول، وفي مقالنا هذا سوف نتناول كل ما يهمّك معرفته عن العدسات وأنواعها المختلفة، وتحديدًا عن الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة واستخداماتهما.
تعريف العدسة
العدسة هي جسمٌ مصنوعٌ من موادٍّ شفّافةٍ كالزجاج أو البلاستيك أو غيره، وتتمتّع بأسطحٍ محدّبةٍ أو مقعّرةٍ أو مستويّةٍ، وتعمل على كسر الأشعة الضوئيّة بطرقٍ مختلفةٍ تبعًا لنوع العدسة والغرض من استخدامها، فمنها من يعمل على تجميع الأشعة الضوئيّة وتركيزها في نقطةٍ ما، ومنها من يعمل على تفريق الأشعة الضوئيّة وتشتيتها، واشتُّق اسم العدسة (Lens) من الكلمة اللاتينيّة (Lentil)؛ والتي تعني حبّة العدس، وذلك لتقاربهما بالشكل إلى حدٍّ كبيرٍ.
قبل الخوض والتكلّم عن أشهر أنواع العدسات، وعن الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة لا بدّ من إيضاح بعض المصطلحات الهامّة المستخدمة في علم البصريات لجعل الأمور أوضح وأسهل.
أهم المصطلحات في العدسات
يوجد عددٌ كبيرٌ من التعاريف والمصطلحات الخاصة التي تصف العدسات، ولعلّ أهمها:
- المركز البؤريّ (المحرق): يُرمز عادةً له بالحرف (F)، وهي النقطة التي تتجمّع عندها جميع الأشعة النافذة من خلال العدسة.
- البعد البؤريّ (البعد المحرقيّ): وهي المسافة بين مركز العدسة (O) وبين المركز البؤريّ، ويتعلّق قياس البعد البؤريّ بنصف قطر تحدّب أو تقعّر سطح العدسة.
- المحور البصريّ (المحور الرئيسيّ): يُعبّر عن الخط الأفقي الوهمي المار من مركز العدسة (المركز البصريّ)، والذي يكون متعامدًا مع كلا وجهي العدسة، ويشكّل خط تناظر أفقي للعدسة.
- الشعاع الضوئيّ: هو أحد أنواع الأشعة الناتج عن مصدرٍ ضوئيٍّ، حيث يتكوّن كل شعاعٍ ضوئيٍّ من فوتوناتٍ ضوئيّةٍ.
- عمق المجال (عمق الحقل): وهو مصطلحٌ يشير إلى النطاق الذي لاتزال فيه الأجسام مرئيّة وواضحة وواقعة ضمن بؤرة العدسة. 1 .
يحدّد مبدأ عمل العدسات الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة بشكلٍ صارمٍ، وإن هذا المبدأ الأساسيّ لكليهما هو واحدٌ، إذ تخضع العدسات إلى قانون انكسار الضوء (قانون سنيل)، والذي ينص على أنّه عندما ينتقل شعاع الضوء من وسطٍ ماديٍّ (الهواء مثلًا) إلى وسطٍ ماديٍّ آخر (العدسة مثلًا) يحدث له انكسار ناتج عن عدم تجانس الوسطين واختلاف الكثافة فيما بينهما، ولكل وسط ماديّ قرينة انكسار (معامل انكسار) خاصّة به، ويُعطى قانون الانكسار بالعلاقة التالية:
حيث تمثّل كل من n1 و n2 قرينتي الانكسار للوسطين الأول والثاني، بينما تشير θ1 إلى زاوية ورود الشعاع الضوئيّ، وθ2 لزاوية انكسار الشعاع الضوئيّ. 2 .
بعد مرور الأشعة الضوئيّة من وجه العدسة الأول تنكسر، وعند خروجها من الوجه الآخر تنكسر مرةً أخرى، وينتج عن انكسار الأشعة الضوئيّة المنعكسة أو الصادرة عن جسمٍ ما تشكّل خيال (صورة بصريّة للجسم)، ويمكن أن يكون الخيال حقيقيًّا؛ أي يمكن التقاطه على حاجزٍ ماديٍّ، وبالتالي يمكن تصويره باستخدام الكاميرا مثلًا، أو خيالًا وهميًّا والذي لا يمكن التقاطه على حاجزٍ، ويمكننا رؤيته فقط عند النظر إلى العدسة كما يحدث في المجهر.
تختلف مواصفات الخيال الناتج عن العدسات، فإمّا أن يكون صحيحًا أو مقلوبًا، كما قد يكون الخيال المتشكّل أكبر أو أصغر أو مساويًّا لطول الجسم الحقيقيّ، ويلعب موضع الجسم بالنسبة للعدسة دورًا رئيسيًّا في تحديد صفات الخيال المتشكّل كما يعتمد ذلك أيضًا على نوع العدسة. 3 .
العدسات المحدبة
تتكوّن العدسة المحدّبة من سطحين محدبين لهما نفس نصف قطر التحدّب، وتكون سميكةً في الوسط وتقل سماكتها كلّما اتجهنا نحو الأطراف، تعمل العدسة المحدّبة على تجميع الأشعة الضوئيّة الواردة في المركز البؤريّ، وتخضع الأشعة الضوئيّة التي تمر من خلال العدسات المحدّبة إلى ثلاثة قوانينَ:
قوانين العدسة المحدّبة
- الأشعة الضوئيّة الموازية للمحور الرئيسيّ للعدسة تنكسر مرورًا من المركز البؤريّ.
- الأشعة الضوئيّة المارة من المركز البصريّ للعدسة لا تعاني أي انكسارٍ.
- الأشعة الضوئيّة المارة من المركز البؤريّ للعدسة تنكسر بشكلٍ موازي للمحور الرئيسيّ للعدسة.
صفات الخيال
إنّ صفات الخيال المتكوّن تمثّل أبرز الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة ظاهريًّا، ويختلف باختلاف موضع الجسم بالنسبة للعدسة، ففي حالة المحدّبة، قد تنتج خيالًا حقيقيًّا أو وهميًّا، كما يمكن أن يكون الخيال صحيحًا أو مقلوبًا، وبشكلٍ عام، كلّ ما زاد بعد الجسم عن العدسة كلما كان الخيال المتشكّل أصغر.
استخدامات العدسة المحدبة
- المجهر.
- العدسات المكبّرة.
- وعدسات النظارات الطبيّة.
- العدسات اللاصقة.
- عدسة الكاميرا.
- زجاج الساعات.
تتألف العدسات المقعّرة من وجهين مقعرين لهما نفس قطر التقعّر، وتكون العدسة سميكةً على الأطراف ورقيقةً في المنتصف، ويعمل هذا النوع من العدسات على تفريق الأشعة الضوئية الواردة ونشرها، لذلك يطلق عليها اسم العدسات المشتِّتة.
قوانين العدسة المقعّرة
- الأشعة الضوئيّة الموازية للمحور الرئيسيّ للعدسة تنكسر بحيث يكون ممدّدها مارًّا من المركز البؤريّ.
- الأشعة الضوئيّة المارة من المركز البصريّ للعدسة لا تعاني أي انكسارٍ.
- الشعاع الضوئيّ الذي ممدّه مار من المركز البؤريّ ينكسر بشكلٍ موازٍ للمحور الرئيسي للعدسة. 4 .
صفات الخيال
كما أسلفنا، تتباين صفات الخيال بين العدسة المحدبة والمقعرة إذ يتمتّع الخيال الناتج عن عدسةٍ مقعّرةٍ بصفاتٍ ثابتةٍ دائمًا بغض النظر عن موقع الجسم بالنسبة للعدسة، على نقيض الخيال المتشكّل الناتج عن العدسة المحدّبة، والذي يتأثر بشكلٍ كبيرٍ ببعد الجسم عن العدسة، وتشمل صفات الخيال:
- وهمي.
- صحيح.
- أصغر من الجسم.
- المجهر.
- التلسكوب.
- عدسات النظارات الطبيّة.
- أجهزة الليزر.
- عدسة الكاميرا.
- مصباح الفلاش.
- عدسة ثقب الباب (الوصواص). 5 .