ما هي العدسة المحدبة
العدسة المحدبة هي العدسة التي تقارب أشعة الضوء التي تنقل موازية لمحورها الرئيسي (أي تقارب الأشعة الساقطة باتجاه المحور الرئيسي) وهي سميكة نسبيًا عبر الوسط ورقيقة عند الحواف السفلية والعليا ، الحواف منحنية للخارج وليس للداخل ، يتم استخدامه أمام العين ينحني الضوء الوارد بشكل حاد بحيث تقصر النقطة المحورية ويركز الضوء بشكل صحيح على شبكية العين.
بشكل عام يمكن للعدسة المحدبة أن تقرب شعاعًا من الأشعة المتوازية إلى نقطة على الجانب الآخر من العدسة ، تسمى هذه النقطة بؤرة العدسة وتسمى المسافة التي تفصلها عن المركز البصري للشعاع بالبعد البؤري ، يتم توصيل نصف قطر الانحناءات R1 و R2 للأسطح الكروية والبعد البؤري للعدسة “f” بواسطة معادلة تقريبية.
وصفات وخصائص العدسة المحدبة
يوضح الجدول ما يحدث للصورة عند إحضار كائن من اللانهاية إلى عدسة محدبة.
| موقف الكائن | موقف الصورة | خصائص الصورة |
|---|---|---|
| في اللانهاية | في النقطة المحورية | الصورة هي نقطة |
| التحرك نحو 2F | الانتقال من F نحو 2F | حقيقيا، الحجم يزداد ولكنه يعكس الكائن بشكل معكوس |
| في 2F | في 2F | حقيقي، مقلوب، وبحجم مماثل للكائن |
| الانتقال من 2F نحو F. | الانتقال من 2F نحو اللانهاية | حقيقي، مقلوب، كبير جدًا |
| في F | في اللانهاية | كبير بلا حدود |
| الانتقال من F نحو العدسة | الانتقال من – اللانهاية نحو العدسة | تقليل الحجم، افتراضي، رأسي، أكبر من الكائن |
طالما كانت الصورة حقيقية، يكون مخطط الشعاع قابلًا للانعكاس، حيث ينشئ كائن عند النقطة A صورة عند النقطة B، بينما ينشئ الكائن عند النقطة B صورة عند النقطة A.
استخدامات العدسة المحدبة
تستخدم هذه الأشياء لأغراض متعددة في حياتنا اليومية، على سبيل المثال:
- تمثل عدسة العين في الإنسان مثالًا جيدًا، ولذلك فإن أكثر استخدام للعدسات هو تحسين الرؤية.
- من أمثلة استخدام هذا النوع من العدسات هي العدسة المكبرة، حيث عند وضع كائن أمامها على مسافة أقصر من البعد البؤري للعدسة، ينتج صورة مكبرة ومنتصبة للكائن على نفس جانب الكائن نفسه.
- يستخدم لتصحيح النظر أو القصر البصري.
- يتم استخدامه في الكاميرات لأنه يركز الضوء وينتج صورة واضحة ونقية.
- بشكل عام، تُستخدم هذه العدسات في العدسات المركبة المستخدمة في أدوات مختلفة مثل أجهزة التكبير مثل المجاهر والتلسكوبات وعدسات الكاميرا.
- يمكن لعدسات بسيطة تركيز الضوء لتشكيل صورة، ولكنها قد لا تكون ذات جودة عالية، ويتم تصحيح التشوهات.
أنواع العدسات المحدبة
- العدسة المستوية المحدبة
تتميز هذه العدسات بأنها منحنية للخارج من جانب والآخر من المستوى الجانبي، وهي عناصر ذات طول بؤري إيجابي وتحتوي على سطح كروي وسطح مستو واحد، وتم تصميمها لتطبيقات ضوء متوازية لانهائية.
تُستخدم هذه العدسات البصرية كعناصر تركيز في مجالات مختلفة، وتُستخدم لمرة واحدة في الأغراض غير الحرجة، مثل الأدوية والدفاع والروبوتات وغيرها.
- عدسة محدبة مزدوجة
العدسة المحدبة ذات منحنى خارجي من الجانبين، وتعرف أيضا بالعدسة المحدبة المزدوجة أو العدسة المحدبة فقط. تمتاز بطول بؤري أقصر من العدسات المحدبة المستوية ذات نفس القطر ونصف قطر السطح. تستخدم في العديد من الأجهزة البصرية التي تتطلب طول بؤري أطول، مثل أجهزة العرض والتلسكوب والكاميرات وغيرها. تنتج الصورة الافتراضية للعين البشرية والصورة الحقيقية للتصوير الفوتوغرافي والاستشعار البصري، وتستخدم أيضا في حرق الأقراص الضوئية.
- العدسة المحدبة المقعرة
تمتلك هذه العدسة انحناءً داخليًا من جانب واحد وانحناءً خارجيًا من جانب واحد، ويمكن استخدامها لموازنة الانحرافات الكروية التي تسببها العدسات الأخرى، ويتم استخدامها للتحكمفي شعاع الليزر، وهي مزيج من عدسة محدبة وعدسة مقعرة على جانب واحد، ويمكن أن يكون الجانب الآخر عدسة مقعرة أو هلالة.
وظائف العدسة المحدبة
- عندما يكون الكائن في اللانهاية، تشكل العدسة المحدبة الصورة عند التركيز، وهي حقيقية ومقلوبة.
- عندما يكون الكائن وراء النقطة التخيلية، يتم تشكيل صورة بين النقطة المحورية ونقطة خيالية، تكون حقيقية ومقلوبة ومتناقصة.
- عندما تكون النقطة في الجسم وهمية، يتم تشكيل الصورة في نقطة وهمية حقيقية ومعكوسة وبنفس الحجم
- عندما يكون الكائن بين النقطة المحورية والنقطة التخيلية، يتم تشكيل الصورة خارج النقطة التخيلية الحقيقية وهي مقلوبة ومكبرة.
- عندما يكون الكائن في نقطة التركيز، تكون الصورة مقلوبة ومكبرة عند اللامنتهية.
- عندما يتواجد الجسم بين النقطة المحورية ومركز الانحناء، فإن الصورة تظهر خلف الشيء الافتراضي والمكبر، وتتشكل خارج النقطة الوهمية
تكوين الصورة خلال العدسة المحدبة
تتقارب أشعة الضوء الصادرة عن الشخص عند استخدام العدسة المحدبة، وهذه الأشعة تشكل صورة على الفيلم أو على جهاز الكاميرا الرقمية المزدوج المشحون.
تعتمد زاوية دخول الضوء إلى العدسة على مسافة الجسم من العدسة، فإذا كان الكائن قريبا من العدسة، فإن شعاع الضوء يدخل بزاوية حادة أكثر، مما يؤدي إلى تقارب الأشعة بعيدا عن العدسة بسبب قدرة العدسة على ثني الضوء إلى اتفاق محدد، ويجب تركيز الصورة على الفيلم، ويتم ذلك عن طريق تحريك العدسة بعيدا عن الفيلم.
وبالمثل، يدخل الضوء بزاوية أكبر عندما يكون الجسم بعيدًا عن العدسة، مما يؤدي إلى انكسار الضوء بزاوية أكثر حدة وتشكل الصورة بالقرب من العدسة. لذلك، عندما يكون الجسم بعيدًا، يجب وضع العدسة بالقرب من الفيلم للحصول على صورة واضحة ومركزة.
فالصورة الحقيقية للجسم البعيد هي أكثر انحرافًا عن العدسة من الصورة الحقيقية للجسم القريب، ويتم عمل التركيز في تحريك العدسة للحصول على الصورة الحقيقية التي تسقط على الفيلم.
يقال إن الصورة التي تم تكوينها حقيقية، حيث تمر أشعة الضوء من الكائن عبر الفيلم وتقلب بشكل مقلوب (رأسا على عقب)، وهذا يفسر تأثير العدسة المحدبة على الضوء
الاختلافات الرئيسية بين العدسة المقعرة والمحدبة
- تمايز العدسات المحدبة والمقعرة يتم بواسطة العامل الرئيسي الذي يتمثل في أن العدسة المقعرة تشتت أشعة الضوء التي تسير بالتوازي مع محورها الرئيسي، بينما تجتمع الأشعة التي تسقط على العدسة المحدبة على طول محورها الرئيسي
- بسبب طبيعة العدسة، تتقارب أو تتباعد أشعة الضوء بعد مرورها عبرها، وبالتالي، تسمى العدسة المقعرة أيضا بالعدسة المتباعدة، بينما تسمى العدسة المحدبة بالعدسة المتقاربة .
- يمكن التمييز بين هاتين العدستين أيضًا بناءً على شكلهما، حيث تظهر العدسة المقعرة بنية تشبه الكهف من الخارج وتحتوي على جزء متوسط أرق وحواف سميكة، ومع ذلك، في العدسة المحدبة، تكون الحواف أرق نسبيًا من مركز العدسة.
- تكون العدسة المقعرة قطبيتها البؤرية سالبة، بينما تكون العدسة المحدبة قطبيتها البؤرية موجبة، ولذلك يشار إلى العدسة المقعرة أحيانًا بأنها عدسة سلبية، في حين يشار إلى العدسة المحدبة بأنها عدسة إيجابية.
- تتألف الصورة المتكونة من العدسة المقعرة دائمًا منصورة افتراضية ومنتصبة، بينما تتألف الصورة الحقيقية والمعكوسة من عدسة محدبة. ومع ذلك، إذا كان الكائن قريبًا جدًا من العدسة، فإن الصورة الناتجة تكون افتراضية ومنتصبة ومكبرة.
- تستخدم العدسات لتصحيح الأمور المتعلقة بالرؤية، تستخدم العدسات المقعرة لعلاج قصر النظر بينما تصحح العدسة المحدبة طول النظر، ولكن هناك العديد من الحالات التي تظهر الصور بالمرايا المقعرة والمحدبة