ابحث عن العدسات المحدبة والمقعرة وهي توجد في مجموعة واسعة من الأدوات البصرية، من العدسة المكبرة البسيطة إلى العين إلى عدسة تكبير الكاميرا، وفي هذا المقال سنبحث العدسات المحدبة والمقعرة والفرق بينهما باستخدام قانون الانكسار لاستكشاف خصائصها العدسات وكيفية تكوين الصور.
مقدمة عن العدسات المحدبة والمقعرة
في بداية هذا البحث عن العدسات المحدبة والمقعرة سنخبرك ما هي العدسات المحدبة والمقعرة والفرق بينهما، وذلك باستخدام قانون الانكسار لاستكشاف خصائص العدسات وكيفية تكوينها للصور، وسوف نتناول أهمية هذه العدسات.
ما هو مفهوم العدسات المحدبة والمقعرة؟
العدسة عبارة عن جهاز بصري انتقالي ينثر أو يركز شعاع الضوء عن طريق الانكسار. وهناك نوعان من العدسات مقعرة (أي مجوفة من الداخل). وتسمى العدسة المقعرة أيضًا بالعدسة السالبة أو العدسة المتباعدة. هناك استخدامات عديدة للعدسة المقعرة مثل التلسكوبات والكاميرات والليزر والنظارات والمنظار وغيرها، فالعدسة المحدبة تأخذ شكل قوس إلى الخارج، ويمكن أن تكون العدسات محدبة من الجانبين أو مقعرة من الجانبين، وهي يمكن أن تحتوي على وجهين مختلفين، كما يمكن أن تكون العدسة مسطحة أيضًا.
تُعرف العدسة بأنها قطعة منحنية وشفافة من الزجاج أو البلاستيك تعمل على تركيز أشعة الضوء وكسرها بطريقة معينة، ويحدد انحناء الجسم مدى انحناء الضوء وفي أي اتجاه يستخدم في النظارات، المجاهر والتلسكوبات. من الضوء بينما تبعثره العدسة المقعرة، فنقطة التركيز في حالة العدسة المحدبة هي النقطة التي تلتقي فيها جميع أشعة الضوء أي نقطة التقاء، أما إذا تحدثنا عن العدسة المقعرة فإن نقطة التركيز هي النقطة التي منها يبدو أن أشعة الضوء تتباعد عن أي نقطة اختلاف أو تباعد.
عدسة محدبة حسب نظرية انكسار الضوء
العدسات المحدبة هي عدسات ضخمة في المنتصف، وسمكها قليل عند الحواف، وتكون العدسة منحنية إلى الخارج، فعندما تمر أشعة الضوء عبر العدسة تكسرها وتجمعها معًا، مما يؤدي إلى تقارب الضوء. ولنفس السبب تسمى العدسة المحدبة بالعدسة المجمعة فتعرف النقطة التي تلتقي فيها أشعة الضوء بالبؤرة أو البؤرة الرئيسية والمساحة الموجودة في منتصف مركز العدسة والبؤرة الرئيسية هي البعد البؤري، علاوة على ذلك فهي تولد صورة حقيقية ومقلوبة ولكنها يمكنها أيضًا إنشاء صورة افتراضية عندما يتم وضع الجسم بالقرب من العدسة، وتستخدم هذه العدسات لتركيز شعاع من الضوء لجعل الجسم يبدو موضحًا.
عدسة مقعرة حسب نظرية انكسار الضوء
تُعرف العدسات المقعرة بأنها نوع من العدسات التي تكون أرق في الوسط منها عند الحواف، ويكون شكل العدسة المقعرة مستديرًا إلى الداخل، مما يؤدي إلى انحناء الأشعة إلى الخارج، وهذا ما يسبب تباعد أشعة الأشعة. الضوء الساقط عليها، ولذلك تُعرف العدسة المقعرة بالعدسة المتباعدة أو المتباعدة، وهذا أيضاً يجعل الجسم يبدو أصغر وأبعد مما هو عليه في الواقع، وتكون الصورة المتكونة افتراضية ومتضائلة ومستقيمة وبصورة أدق تفاصيل تتباعد أشعة الضوء عن نقطة البؤرة الأساسية أو نقطة البؤرة، ويسمى الطول بين نقطة البؤرة ومركز العدسة (البعد البؤري).
ما هو الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة؟
ويرتبط الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة بالنقاط التالية:
- تقوم العدسة المحدبة بدمج أشعة الضوء في نقطة محددة، فتنتقل عبرها، بينما تعمل العدسة المقعرة على تشتيت أشعة الضوء من حولها، فتسقط على العدسة.
- في العدسة المحدبة، يكون المنحنى متجهًا إلى الخارج، بينما في العدسة المقعرة، يكون المنحنى موجهًا إلى الداخل.
- عندما تمر أشعة الضوء من خلال العدسة المحدبة، فإنها تتجمع أشعة الضوء وتركز على نقطة واحدة، ولكن عندما تمر أشعة الضوء من خلال العدسة المقعرة، فإنها تتشعب الحزم، أي أنها تنتشر.
- يكون هيكل العدسة المحدبة أكثر سمكًا في الوسط وأرق عند الحواف، وعلى العكس من ذلك، تكون العدسة المقعرة أرق في الوسط وأكثر سمكًا عند حوافها في الهيكل.
- يكون البعد البؤري للعدسة المحدبة موجبًا بينما يكون البعد البؤري للعدسة المقعرة سالبًا.
- تشكل العدسة المحدبة بشكل عام صورة حقيقية ولكن يمكنها أيضًا إنشاء صورة افتراضية عندما يكون الجسم في بؤرة التركيز والمركز البصري، على النقيض من ذلك فإن الصورة التي تشكلها العدسة المقعرة تكون مستقيمة وافتراضية وأصغر من الجسم.
- العدسات المحدبة لها مركز أكثر سمكًا مما يجعل الأجسام تبدو أكبر وأقرب، على عكس العدسة المقعرة التي يكون مركزها الرقيق يجعل الجسم يبدو أبعد وأصغر.
- وتستخدم العدسة المحدبة لعلاج طول النظر أو طول النظر، بينما أثبتت العدسة المقعرة فائدتها في علاج قصر النظر أو قصر النظر.
تاريخ العدسات المحدبة والمقعرة
كلمة عدسة تأتي من الاسم اللاتيني العدس وأصلها منطقة البحر الأبيض المتوسط. وهو أيضًا مثال على كلمة مستوردة أطلقت عليها اليابان اسم “طوكيو (المرآة الشفافة)” خلال الحرب العالمية الثانية. ويمكن إرجاع أصلها أيضًا إلى الكرات البلورية أو الزجاجية المستخدمة كأدوات لإشعال النار في الاحتفالات الدينية أو كملحقات في الحضارات القديمة. ويقال أيضًا أن أصل العدسة يمكن إرجاعه إلى الفيلسوف الروماني القديم سينيكا، الذي قال إنه يمكن تكبير الحروف عن طريق كرة بلورية “قبل حوالي 2000 عام”. بشكل عام، تعمل العدسة باستخدام مبدأ يعرف باسم “انكسار الضوء”: حيث ينحني الضوء ويتغير اتجاه حركته، وقد تطورت العدسة تاريخياً من خلال مجالين:
- النظارات التي نرتديها يوميا في حياتنا.
- تطبيقات الأجهزة مثل العدسات المستخدمة في المجاهر والتلسكوبات والكاميرات. النظارات الأولى التي تم وضعها موضع الاستخدام العملي في القرن الثالث عشر كانت عبارة عن عدسة قراءة (عدسة مكبرة بسيطة) باستخدام عدسة محدبة. في البداية كانت تسمى “أداة الشيطان”.
لكن في هذه الأثناء ظهرت نظارات ذات عدستين، وتم اختراع نظارات قصر النظر (قصر النظر) باستخدام عدسات مقعرة في القرن السادس عشر، ومن هنا جاءت فكرة المجهر والتلسكوب وكانت البداية مع المجهر الذي كان تم اختراعه في نهاية القرن السادس عشر، وبعد ذلك قام رجل إنجليزي بتطوير (هوهوك) المجهر المركب باستخدام عدستين محدبتين (عدسة موضوعية وعدسة عينية)، وفي نفس الفترة تقريبًا، تم تطوير مجهر ذو عدسة واحدة لأول مرة في هولندا، يعود اختراع التلسكوب إلى الهولندي ليبرشي الذي استخدم عدسة محدبة كعدسة موضوعية وعدسة مقعرة كعدسة للعين.
كان جاليليو هو من قام على الفور بتحسين هذا الاختراع واستخدمه في الملاحظات الفلكية؛ وبفضل هذا الجهاز تمكن من اكتشاف حلقات زحل، وفي نفس المجال اخترع عالم الفلك الألماني كيبلر تلسكوب كيبلر الذي يستخدم عدسات محدبة كعدسة شيئية وعدسة للعين.
تطور العدسات المحدبة والمقعرة
تطورت المواد المستخدمة في صنع العدسات fكانت العدسات والبلورات القديمة من العناصر الفاخرة التي لم يكن من السهل الحصول عليها، لذلك بدأ إنتاج العدسات الزجاجية في التزايد بسبب تحسن تقنيات صناعة الزجاج في القرن الثاني عشر، وفي القرن التاسع عشر أصبحت العدسة الزجاجية البصرية ذات الشفافية العالية تم اختراعها، كما لعبت العدسة البصرية الدور الرئيسي في القرن العشرين ويوجد الآن أكثر من 200 نوع منها.
أنواع العدسات البصرية
يمكن تقسيم العدسات البصرية إلى نوعين رئيسيين:
- نوع الزجاج التاجي ذو معامل انكسار منخفض والذي يحتوي على جير الصودا.
- نوع زجاج الصوان ذو معامل انكسار أعلى يحتوي على الرصاص.
كما ظهرت العدسة البلاستيكية الضوئية في أوائل القرن العشرين، لكن معدل انتقال الضوء ومعامل الانكسار كانا منخفضين في النماذج المبكرة. وانتشر بسرعة بعد تطور اللدائن الحرارية في الأربعينيات. وبعد هذا التطور الجديد، تم تصنيع العدسات البلاستيكية الحرارية بحيث تتمتع بالشفافية مقارنة بالزجاج البصري، ولكنها تزن نصف الوزن. فقط، ساهمت هذه العدسة البلاستيكية في تطوير العدسات اللاصقة والكاميرات الفورية، لأنها سهلة التشكيل، وصعبة الكسر، وغير مكلفة في التصنيع. ومؤخرًا، تم استخدام هذه العدسات في النظارات وكاميرات الهواتف المحمولة. تشمل مواد العدسات الأخرى الكوارتز والفلوريت والسيراميك الشفاف بصريًا والهاليت بالأشعة تحت الحمراء والسيليكون.
استخدامات العدسة المقعرة
هناك العديد من الاستخدامات للعدسة المقعرة، حيث يتم استخدامها في العديد من الأجهزة التي تستخدم في العديد من المجالات. وفيما يلي أبرز استخدامات العدسة المقعرة:
- النظارات: تستخدم العدسات المقعرة عادة لتصحيح قصر النظر، والذي يسمى أيضًا بقصر النظر، لأن صور الأجسام البعيدة تكون قصيرة عن الشبكية، لذلك تستخدم العدسات المقعرة في النظارات التي تصحح النقص عن طريق نشر أشعة الضوء قبل وصولها إلى مقلة العين، وهذا يمكن من أن يرى الشخص الأشياء عن بعد بشكل أكثر وضوحًا.
- الليزر: ويستخدم أنواع مختلفة من …