تويت
تأثير العدسة المحدبة في الضوء
تتيح لنا الميكروسكوبات اكتشاف العوالم غير المرئية؛ والتي لا يمكن لأعيننا المجرّدة رؤيتها أبدًا، وتقلّنا التلسكوبات بعيدًا عن الأرض إلى النجوم والكواكب في سماء الليل، كما تلقي أجهزة العرض السينمائية صورًا ضخمةً وأفلامًا على شاشاتها، بالإضافة إلى المنارات التي تلقي أشعّةً ضوئيةً لامعةً عبر المحيطات. كلّ هذه الأشياء الرائعة ممكنة بفضل منحنيات زجاجية أوبلاستيكية مذهلة تُسمّى العدسات. إذن، دعونا نتعرف في هذا المقال على مفهوم العدسات، وأنواعها، كيفية عملها وأيضًا كيفية تأثير العدسة المحدبة في الضوء بشكلٍ خاصٍّ.
العدسات وكيفية عملها
العدسة عبارةٌ عن قطعةٍ شفافةٍ مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، وتمتلك سطحًا واحدًا منحنيًّا على الأقل. تعمل العدسة على كسر الضوء، وبالتالي تغيير اتجاهه تبعًا للتغيير الحاصل في الكثافة عند انتقاله من وسطٍ إلى وسطٍ آخر (من الهواء إلى الزجاج أو البلاستيك). لنتعرّف على أنواع العدسات، ولكن بدايةً، دعنا نلقي نظرةً على كيفية عمل هذه العدسات بشكلٍ عام.
تعمل العدسات عن طريق ما يُسمى الانكسار، أي انكسار الضوء. حسنًا لنقرّبها أكثر، عندما يُسلّط الضوء على العدسة، ستقوم الأخيرة بحني أشعة الضوء بزاويةٍ معيّنةٍ أثناء مروره عبرها، وتغيّر له اتجاهه، وهذا ما يجعل الأشعّة الضوئية تبدو وكأنها تأتي من نقطةٍ أقرب أو أبعد (يعتمد ذلك على نوع العدسة) من حيث تنشأ فعليًّا، وبالتالي؛ هذا ما يجعل الأجسام التي تُرى من خلال العدسات تبدو أكبر أو أصغر مما هي عليه بالفعل. يبدو الأمر ممتعًا أكثر إذا عَرفت كيف يحصل هذا الانكسار! حسنًا لنلقِ نظرةً صغيرةً أيضًا على كيفية انكسار الضوء قبل أن نبدأ بأنواع العدسات وكيفية عملها بشكلٍ محددٍ.
لدينا نوعان رئيسيان من العدسات:
انكسار الضوء
تعمل موجات الضوء وفق أربع آلياتٍ، وهي باختصار:
تنتقل موجات الضوء بشكلٍ عام في خطوطٍ مستقيمةٍ في الفراغ، ولكن تحدث أشياء مثيرة للاهتمام عندما تنتقل هذه الموجات من مادةٍ إلى أخرى. الموضوع ليس صعبًا أو غير اعتيادي، سأعطيك مثالًا حيًّا لتفهم هذه الآلية. هل لاحظت التباطؤ الذي يحصل لجسمك وقدميك وسرعتك عندما تحاول المشي في الماء؟ عندما تركض على الشاطئ وفجأةً تدخل الماء؟ طبعًا ستحاول الدّفع إلى الأمام ولكن كل المحاولات لتبقى بنفس سرعتك ستبوء بالفشل، وذلك لأن السائل الكثيف جدًا (الماء) سيُبطء من حركتك حتمًا، وكذلك الأمر بالنسبة للضوء عندما يدخل وسطًا زجاجيًّا أو بلاستيكيًّا أو أي وسطٍ آخر، سيميل إلى البطء والانحناء، وهذا ما نسميه بانكسار الضوء.
ربما لاحظت أيضًا عند وضعك لقلم رصاص في كأس الماء، أنه يبدو مكسورًا في نقطة التقاء الماء والهواء، هذا ليس بسبب الماء نفسه؛ إنما بسبب التقاء وسطين وهما الماء والهواء.
تأثير العدسة المحدبة في الضوء
تسمّى أيضًا بالعدسة الإيجابية أو المتقاربة، شكلها شبيه بحبة العدس، إذ تكون الأسطح (الزجاج أو البلاستيك) في هذه العدسة منتفخةً نحو الخارج وأكثر سمكًا في المنتصف من الحواف، وتسمى متقاربةً؛ لأنّ الأشعة الضوئية المتوازية المارّة من خلالها لا تبقى متوازية، إنما تنحني إلى الداخل وتتلاقى في نقطةٍ خارج العدسة تُعرف باسم النقطة البؤرية (أو يُسمى البُعد المِحرقي F).
إذن، في أبسط أشكالها، تكون العدسة عبارةً عن سطحٍ منحنٍ واحد على الأقل؛ يجمع الضوء من مصدرٍ ويكسر هذا الضوء ليشكّل صورةً قابلةً للاستخدام. تجدر الإشارة إلى أن هناك ثلاثة أنواعٍ للعدسة المحدبة:
إن القانون الذي يحكم تأثير العدسة المحدبة في الضوء وكذلك المقعّرة هو قانون الانكسار، إذ ينكسر الضوء عند حدوث تغيّرٍ في سرعته، وكلما زادت الكثافة البصرية للوسط الذي يدخله الطول الموجي، كلما انخفضت سرعة الضوء عبر هذا الوسط، ويصبح الطول الموجي للضوء أقصر عندما يدخل الوسط، على الرغم من ثبات التردد. يمكن حساب مقدار الانكسار من خلال القانون التالي:
n1sinQ1 = n2sinQ2
حيث:
تأثير العدسة المقعّرة في الضوء
عكس المحدّبة تمامًا، وتُسمّى بالعدسة المتباينة أو السلبية، تتميز بأسطحٍ خارجيةٍ مقوّسة نحو الداخل أي أكثر سمكًا في الحواف من المنتصف، وتقوم بكسر الأشعة الضوئية المتوازية القادمة إليها نحو الخارج، أي تصبح الأشعة متباعدةً عن بعضها ومنتشرةً.
هيئة الأجسام من خلال العدسات
يعتمد ذلك على نوع العدسة المستخدمة، والمسافة بين الجسم والعدسة. مثلًا، تحتوي الكاميرات والعيون البشرية، وأجهزة العرض والنظارات المكبّرة على عدساتٍ محدبةٍ، وإليك كيف تبدو الصورة في كل منها:.
العدسات وكيفية عملها
العدسة عبارةٌ عن قطعةٍ شفافةٍ مصنوعة من الزجاج أو البلاستيك، وتمتلك سطحًا واحدًا منحنيًّا على الأقل. تعمل العدسة على كسر الضوء، وبالتالي تغيير اتجاهه تبعًا للتغيير الحاصل في الكثافة عند انتقاله من وسطٍ إلى وسطٍ آخر (من الهواء إلى الزجاج أو البلاستيك). لنتعرّف على أنواع العدسات، ولكن بدايةً، دعنا نلقي نظرةً على كيفية عمل هذه العدسات بشكلٍ عام.
تعمل العدسات عن طريق ما يُسمى الانكسار، أي انكسار الضوء. حسنًا لنقرّبها أكثر، عندما يُسلّط الضوء على العدسة، ستقوم الأخيرة بحني أشعة الضوء بزاويةٍ معيّنةٍ أثناء مروره عبرها، وتغيّر له اتجاهه، وهذا ما يجعل الأشعّة الضوئية تبدو وكأنها تأتي من نقطةٍ أقرب أو أبعد (يعتمد ذلك على نوع العدسة) من حيث تنشأ فعليًّا، وبالتالي؛ هذا ما يجعل الأجسام التي تُرى من خلال العدسات تبدو أكبر أو أصغر مما هي عليه بالفعل. يبدو الأمر ممتعًا أكثر إذا عَرفت كيف يحصل هذا الانكسار! حسنًا لنلقِ نظرةً صغيرةً أيضًا على كيفية انكسار الضوء قبل أن نبدأ بأنواع العدسات وكيفية عملها بشكلٍ محددٍ.
لدينا نوعان رئيسيان من العدسات:
- العدسات المحدّبة.
- العدسات المقعرة.
انكسار الضوء
تعمل موجات الضوء وفق أربع آلياتٍ، وهي باختصار:
- الانعكاس.
- الانحراف.
- التداخل.
- الانكسار.
تنتقل موجات الضوء بشكلٍ عام في خطوطٍ مستقيمةٍ في الفراغ، ولكن تحدث أشياء مثيرة للاهتمام عندما تنتقل هذه الموجات من مادةٍ إلى أخرى. الموضوع ليس صعبًا أو غير اعتيادي، سأعطيك مثالًا حيًّا لتفهم هذه الآلية. هل لاحظت التباطؤ الذي يحصل لجسمك وقدميك وسرعتك عندما تحاول المشي في الماء؟ عندما تركض على الشاطئ وفجأةً تدخل الماء؟ طبعًا ستحاول الدّفع إلى الأمام ولكن كل المحاولات لتبقى بنفس سرعتك ستبوء بالفشل، وذلك لأن السائل الكثيف جدًا (الماء) سيُبطء من حركتك حتمًا، وكذلك الأمر بالنسبة للضوء عندما يدخل وسطًا زجاجيًّا أو بلاستيكيًّا أو أي وسطٍ آخر، سيميل إلى البطء والانحناء، وهذا ما نسميه بانكسار الضوء.
ربما لاحظت أيضًا عند وضعك لقلم رصاص في كأس الماء، أنه يبدو مكسورًا في نقطة التقاء الماء والهواء، هذا ليس بسبب الماء نفسه؛ إنما بسبب التقاء وسطين وهما الماء والهواء.
تأثير العدسة المحدبة في الضوء
تسمّى أيضًا بالعدسة الإيجابية أو المتقاربة، شكلها شبيه بحبة العدس، إذ تكون الأسطح (الزجاج أو البلاستيك) في هذه العدسة منتفخةً نحو الخارج وأكثر سمكًا في المنتصف من الحواف، وتسمى متقاربةً؛ لأنّ الأشعة الضوئية المتوازية المارّة من خلالها لا تبقى متوازية، إنما تنحني إلى الداخل وتتلاقى في نقطةٍ خارج العدسة تُعرف باسم النقطة البؤرية (أو يُسمى البُعد المِحرقي F).
- تُسمّى المسافة من مركز العدسة إلى النقطة البؤرية بالطول البؤري للعدسة.
- تقع النقطة البؤرية من الجانب الآخر للعدسة، أي الجانب المقابل للجانب الذي نشأت منه الأشعة الضوئية.
إذن، في أبسط أشكالها، تكون العدسة عبارةً عن سطحٍ منحنٍ واحد على الأقل؛ يجمع الضوء من مصدرٍ ويكسر هذا الضوء ليشكّل صورةً قابلةً للاستخدام. تجدر الإشارة إلى أن هناك ثلاثة أنواعٍ للعدسة المحدبة:
- محدبة الوجهين وهي الأكثر استخدامًا.
- محدبة - مقعرة.
- محدبة - مستوية.
إن القانون الذي يحكم تأثير العدسة المحدبة في الضوء وكذلك المقعّرة هو قانون الانكسار، إذ ينكسر الضوء عند حدوث تغيّرٍ في سرعته، وكلما زادت الكثافة البصرية للوسط الذي يدخله الطول الموجي، كلما انخفضت سرعة الضوء عبر هذا الوسط، ويصبح الطول الموجي للضوء أقصر عندما يدخل الوسط، على الرغم من ثبات التردد. يمكن حساب مقدار الانكسار من خلال القانون التالي:
n1sinQ1 = n2sinQ2
حيث:
- معامل انكسار الوسط الأول هو n1.
- معامل انكسار الوسط الثاني هو n2.
- زاوية الورود في الوسط الأول هي Q1.
- زاوية الورود في الوسط الثاني هي Q2..
تأثير العدسة المقعّرة في الضوء
عكس المحدّبة تمامًا، وتُسمّى بالعدسة المتباينة أو السلبية، تتميز بأسطحٍ خارجيةٍ مقوّسة نحو الداخل أي أكثر سمكًا في الحواف من المنتصف، وتقوم بكسر الأشعة الضوئية المتوازية القادمة إليها نحو الخارج، أي تصبح الأشعة متباعدةً عن بعضها ومنتشرةً.
- هنا النقطة البؤرية تقع في الجانب الذي نشأت منه الأشعة، أي الجانب المقابل لانتشارها، ويمكنك الملاحظة من الصورة في الأسفل؛ أن النقطة البؤرية هي نقطة اجتماع الأشعة، ولكن هنا هي نقطة اتصال افتراضية للأشعة (لاحظ الرسم التخطيطي لاجتماع الأشعة).
- ومرة أخرى، المسافة من مركز العدسة إلى النقطة البؤرية هي الطول البؤري للعدسة..
هيئة الأجسام من خلال العدسات
يعتمد ذلك على نوع العدسة المستخدمة، والمسافة بين الجسم والعدسة. مثلًا، تحتوي الكاميرات والعيون البشرية، وأجهزة العرض والنظارات المكبّرة على عدساتٍ محدبةٍ، وإليك كيف تبدو الصورة في كل منها:.
- الكاميرا أو العين البشرية: بالنسبة لجسم يوضع على مسافةٍ أكثر من ضعف البعد البؤري، فإن الصورة تكون:
- حقيقة.
- معكوسة.
- أصغر من الجسم.
- أجهزة العرض: بالنسبة لجسمٍ موضوع بين المسافة البؤرية وضعفها، تكون الصورة:
- حقيقية.
- معكوسة.
- أكبر من الجسم.
- النظارات المكبّرة: تعمل عندما يكون الجسم على مسافةٍ أقل من الطول البؤري، وتكون الصورة:
- وهميّة.
- مستقيمة (ليست معكوسة).
- أكبر من الجسم.
- العدسات المقعرة: فتستخدم مثلًا في الثقوب التي تُصنع في منتصف الباب لترى الشخص الموجود في الخارج، وتنتج دائمًا صورًا:
- وهميّة.
- مستقيمة.
- أصغر من الجسم..
