ما هي الحالة التي تساعد فيها العدسات ثنائية الوجه؟ النظام البصري للعين

من لا يعرف العدسة المكبرة المعتادة مثل حبة العدس. إذا تم وضع مثل هذا الزجاج - يطلق عليه أيضًا عدسة ثنائية الوجه - بين الجسم والعين ، فإن صورة الكائن تبدو وكأنها مكبرة عدة مرات للمراقب.

ما سر هذه الزيادة؟ كيف نفسر أن الأشياء ، عند النظر إليها من خلال عدسة ثنائية الوجه ، تبدو لنا أكبر من حجمها الفعلي؟

لفهم سبب هذه الظاهرة جيدًا ، يجب أن نتذكر كيف تنتشر أشعة الضوء.

تقنعنا الملاحظات اليومية أن الضوء ينتقل في خط مستقيم. تذكر ، على سبيل المثال ، كيف في بعض الأحيان تخترقها الشمس ، مخفية بواسطة السحب ، بأشعة أشعة مباشرة وواضحة.

لكن هل أشعة الضوء مستقيمة دائمًا؟ اتضح ليس دائما.

قم ، على سبيل المثال ، بمثل هذه التجربة.

في المصراع الذي يغطي نافذة غرفتك بإحكام ، اصنع الشكل. 6< прямолинейный

ثقب صغير. شعاع ضوء ، شعاع ضوء يضرب آخر -

بعد أن مررت عبر هذه الحفرة ، "مررت عبر البيئة - في الماء ، من -

يرسم "في غرفة مظلمة مباشرة - يغير اتجاهها ،

G "و 1 منكسر ،

تتبع خطي. لكن ضع على

مسار الشعاع إلى جرة ماء ، وسترى أن الشعاع ، الذي يضرب الماء ، سيغير اتجاهه ، أو كما يقولون ، "ينكسر" (الشكل 6).

وبالتالي ، يمكن ملاحظة انكسار أشعة الضوء عندما تدخل وسطًا آخر. لذلك ، طالما أن الأشعة في الهواء ، فهي مستقيمة. ولكن بمجرد مواجهة بعض الوسائط الأخرى ، مثل الماء ، في طريقها ، ينكسر الضوء.

هذا هو نفس الانكسار الذي يتعرض له شعاع الضوء في العلبة عندما يمر عبر عدسة مكبرة ثنائية الوجه. في هذه الحالة ، تجمع العدسة أشعة الضوء
في شعاع مدبب ضيق (هذا ، بالمناسبة ، يشرح حقيقة أنه بمساعدة عدسة مكبرة تجمع أشعة الضوء في شعاع ضيق ، يمكنك إشعال النار في السجائر والورق وما إلى ذلك في الشمس).

لكن لماذا العدسة تكبر صورة الشيء؟

إليكم السبب. انظر بالعين المجردة إلى شيء ، مثل ورقة شجرة. ترتد أشعة الضوء من الورقة وتتقارب في عينك. الآن ضع عدسة محدبة بين العين والورقة. سوف تنكسر أشعة الضوء التي تمر عبر العدسة (الشكل 7). ومع ذلك ، لا يبدو أنها مكسورة في عين الإنسان. لا يزال الراصد يشعر باستقامة أشعة الضوء. يبدو أنها تستمر أكثر ، ما وراء العدسة (انظر الخطوط المنقطة في الشكل 7) ، ويبدو الكائن المرصود من خلال العدسة ثنائية الوجه مكبّرًا للمراقب!

حسنًا ، ماذا يحدث إذا استمرت أشعة الضوء بدلاً من أن تسقط في عين الراصد

أبعد؟ بعد العبور عند نقطة تسمى بؤرة العدسة ، تتباعد الأشعة مرة أخرى. إذا وضعنا مرآة في طريقهم ، فسنرى فيها صورة مكبرة للورقة نفسها (الشكل 8). ومع ذلك ، فإنه سيقدم نفسه لنا بشكل مقلوب. وهذا أمر مفهوم تمامًا. بعد كل شيء ، بعد عبور بؤرة العدسة ، تذهب أشعة الضوء أبعد في نفس الاتجاه المستقيم. يست

من الواضح أنه في هذه الحالة يتم توجيه الأشعة من أعلى الورقة إلى أسفل ، وتنعكس الأشعة القادمة من قاعدتها في الجزء العلوي من المرآة.

تُستخدم خاصية العدسة ثنائية التحدب هذه - القدرة على جمع أشعة الضوء في نقطة واحدة - في جهاز التصوير.

موضوعات الاستخدام المبرمج: العدسات

يستخدم انكسار الضوء على نطاق واسع في مختلف الأدوات البصرية: الكاميرات ، المناظير ، التلسكوبات ، المجاهر. . . العدسة هي الجزء الذي لا غنى عنه والأكثر أهمية في هذه الأجهزة.

عدسة - هذا جسم متجانس شفاف بصريًا ، يحده من كلا الجانبين سطحان كرويان (أو أحدهما كروي والآخر مسطح).

تصنع العدسات عادة من الزجاج أو البلاستيك الشفاف الخاص. بالحديث عن مادة العدسة ، سنسميها زجاج - فهي لا تلعب دورًا خاصًا.

عدسة ثنائية الوجه.

فكر أولاً في عدسة محددة من كلا الجانبين بسطحين كرويين محدبين (الشكل 1). تسمى هذه العدسة ثنائي التحدب. مهمتنا الآن هي فهم مسار الأشعة في هذه العدسة.

أسهل طريقة مع شعاع يسير على طول المحور البصري الرئيسي- محاور تناظر العدسة. على التين. 1 هذا الشعاع يترك النقطة. المحور البصري الرئيسي متعامد على كلا السطحين الكرويين ، لذلك يمر هذا الشعاع عبر العدسة دون انكسار.

الآن لنأخذ شعاعًا متوازيًا مع المحور البصري الرئيسي. في نقطة السقوط
يتم سحب شعاع العدسة بشكل طبيعي إلى سطح العدسة ؛ عندما يمر الشعاع من الهواء إلى الزجاج الأكثر كثافة بصريًا ، تكون زاوية الانكسار أقل من زاوية السقوط. وبالتالي ، فإن الحزمة المنكسرة تقترب من المحور البصري الرئيسي.

يتم رسم الوضع الطبيعي أيضًا عند النقطة التي يخرج منها الشعاع من العدسة. يمر الشعاع بصريًا إلى هواء أقل كثافة ، وبالتالي فإن زاوية الانكسار أكبر من زاوية السقوط ؛ شعاع
ينكسر مرة أخرى باتجاه المحور البصري الرئيسي ويتقاطع معه عند النقطة.

وبالتالي ، فإن أي شعاع موازٍ للمحور البصري الرئيسي ، بعد الانكسار في العدسة ، يقترب من المحور البصري الرئيسي ويتقاطع معه. على التين. يوضح الشكل 2 أن نمط الانكسار كافٍ واسعشعاع ضوئي موازٍ للمحور البصري الرئيسي.

كما ترون ، شعاع واسع من الضوء لا تركزالعدسة: كلما كانت الشعاع الساقط بعيدًا عن المحور البصري الرئيسي ، كلما اقتربت من العدسة عبر المحور البصري الرئيسي بعد الانكسار. هذه الظاهرة تسمى تفاصيل التحقيقويشير إلى عيوب العدسات - بعد كل شيء ، ما زلت أرغب في أن تقلل العدسة شعاع أشعة متوازي إلى نقطة واحدة.

يمكن تحقيق تركيز مقبول للغاية باستخدام ضيقشعاع ضوئي يمر بالقرب من المحور البصري الرئيسي. ثم يكون الانحراف الكروي غير محسوس تقريبًا - انظر إلى الشكل. 3.

من الواضح أنه يتم جمع شعاع ضيق موازٍ للمحور البصري الرئيسي عند نقطة واحدة تقريبًا بعد المرور عبر العدسة. لهذا السبب ، تسمى عدساتنا جمع.

النقطة تسمى بؤرة العدسة. بشكل عام ، العدسة لها بؤرتان تقعان على المحور البصري الرئيسي على يمين ويسار العدسة. لا تتساوى المسافات من البؤر إلى العدسة بالضرورة مع بعضها البعض ، لكننا سنتعامل دائمًا مع المواقف التي توجد فيها البؤر بشكل متماثل فيما يتعلق بالعدسة.

عدسة Biconcave.

الآن سننظر في عدسة مختلفة تمامًا ، محدودة باثنين مقعرالأسطح الكروية (الشكل 4). تسمى هذه العدسة ثنائي التقعر. كما ورد أعلاه ، سوف نتتبع مسار شعاعين ، مسترشدين بقانون الانكسار.

الشعاع الذي يغادر النقطة ويمر على طول المحور البصري الرئيسي لا ينكسر - بعد كل شيء ، المحور البصري الرئيسي ، كونه محور تناظر العدسة ، يكون عموديًا على كلا الأسطح الكروية.

يبدأ الشعاع الموازي للمحور البصري الرئيسي ، بعد الانكسار الأول ، في التحرك بعيدًا عنه (لأنه عند المرور من الهواء إلى الزجاج) ، وبعد الانكسار الثاني ، يتحرك بعيدًا عن المحور البصري الرئيسي أكثر (منذ ذلك الحين عند المرور من الزجاج في الهواء).

تحول العدسة ثنائية التقعر شعاعًا متوازيًا من الضوء إلى حزمة متباعدة (الشكل 5) ولذلك تسمى تشتت.

ويلاحظ هنا أيضًا الانحراف الكروي: لا تتقاطع استمرار الأشعة المتباعدة عند نقطة واحدة. نرى أنه كلما كانت الحزمة الساقطة بعيدة عن المحور البصري الرئيسي ، كلما اقترب استمرار الحزمة المنكسرة من المحور البصري الرئيسي للعدسة.

كما في حالة العدسة ثنائية الوجه ، فإن الانحراف الكروي سيكون غير محسوس تقريبًا لشعاع مجاور محوري ضيق (الشكل 6). تتقاطع استمرار الأشعة المتباعدة عن العدسة عند نقطة واحدة تقريبًا - عند التركيزالعدسات .

إذا دخل مثل هذا الشعاع المتباين إلى أعيننا ، فسنرى نقطة مضيئة خلف العدسة! لماذا ا؟ تذكر كيف تظهر الصورة في مرآة مسطحة: يمتلك دماغنا القدرة على الاستمرار في الأشعة المتباعدة حتى تتقاطع ويخلق الوهم بجسم مضيء عند التقاطع (ما يسمى بالصورة التخيلية). إنها بالضبط الصورة الافتراضية الموجودة في بؤرة العدسة التي سنراها في هذه الحالة.

أنواع العدسات المتقاربة والمتباينة.

اعتبرنا عدستين: عدسة محدبة الوجهين ، وهي متقاربة ، وعدسة ثنائية التقعر ، وهي متباعدة. هناك أمثلة أخرى على العدسات المتقاربة والمتباينة.

مجموعة كاملة من العدسات المتقاربة موضحة في الشكل. 7.

بالإضافة إلى العدسة ثنائية الوجه التي نعرفها ، فإليك ما يلي: بلانو محدبالعدسة التي يكون أحد الأسطح فيها مستويًا ، و محدبة مقعرةعدسة تجمع بين الأسطح الحدودية المقعرة والمحدبة. لاحظ أنه في العدسة المحدبة المقعرة ، يكون السطح المحدب أكثر انحناءًا (نصف قطر الانحناء أصغر) ؛ لذلك ، فإن تأثير التقارب للسطح الانكساري المحدب يفوق تأثير التشتت للسطح المقعر ، وتتقارب العدسة ككل.

جميع العدسات المنتشرة الممكنة موضحة في الشكل. ثمانية .

جنبا إلى جنب مع العدسة ثنائية التقعر ، نرى مقعر مستوي(أحد أسطحه مسطح) و محدب مقعرعدسة. يكون السطح المقعر للعدسة المحدبة المقعرة أكثر انحناءًا ، بحيث يسود تأثير التشتت للحدود المقعرة على التأثير المتقارب للحد المحدب ، وتكون العدسة ككل متباعدة.

حاول بناء مسار الأشعة بنفسك في تلك الأنواع من العدسات التي لم نفكر فيها ، وتأكد من أنها متقاربة أو منتشرة حقًا. هذا تمرين رائع ، ولا يوجد أي شيء معقد فيه - بالضبط نفس الإنشاءات التي قمنا بها أعلاه!

أهداف الدرس:تكوين أفكار حول بنية العين وآليات النظام البصري للعين ؛ توضيح شرطية بنية النظام البصري للعين بقوانين الفيزياء ؛ تنمية القدرة على تحليل الظواهر المدروسة. تطوير موقف رعاية تجاه صحة الفرد وصحة الآخرين.

ادوات:جدول "جهاز الرؤية" ، نموذج "عين الإنسان" ؛ عدسة تجميع الضوء ، العدسة ذات الانحناء الكبير ، العدسة ذات الانحناء الصغير ، مصدر الضوء ، بطاقات المهام ؛ على طاولات الطلاب: عدسة لتجميع الضوء ، عدسة مشتتة للضوء ، شاشة بفتحة ، مصدر ضوء ، شاشة.

أثناء الفصول

مدرس أحياء.لدى الشخص نظام توجيه في العالم المحيط - نظام حسي لا يساعد فقط في التنقل ، ولكن أيضًا على التكيف مع الظروف البيئية المتغيرة. في الدرس السابق ، بدأت في التعرف على بنية جهاز الرؤية. دعونا نلقي نظرة على هذه الأشياء. للقيام بذلك ، يجب عليك إكمال المهمة الموجودة على البطاقة والإجابة على الأسئلة.

راجع الأسئلة

لماذا يحتاج الإنسان إلى الرؤية؟
ما هو العضو الذي يؤدي هذه الوظيفة؟
- أين تقع العين؟
قم بتسمية أغشية العين ووظائفها.
قم بتسمية أجزاء العين التي تحميها من الإصابة.

يوجد على السبورة طاولة "جهاز الرؤية" على طاولة المعلم - نموذج لـ "العين البشرية". بعد جمع البطاقات مع إجابات الطلاب ، يتحقق مدرس الأحياء من اكتمالها ، مع الطلاب ، ويقوم بتسمية وإظهار أجزاء العين على النموذج والملصق.

يحصل الطلاب على بطاقة ثانية.

مدرس أحياء.بناءً على معرفة التركيب التشريحي للعين ، اسم أي أجزاء من العين يمكن أن تؤدي وظيفة بصرية.

(توصل الطلاب ، في إشارة إلى نموذج العين ، إلى استنتاج مفاده أن النظام البصري للعين يتكون من القرنية والعدسة والجسم الزجاجي وشبكية العين.)

مدرس الفيزياء.ما الجهاز البصري الذي يذكرك بالعدسة؟

الطلاب.عدسة ثنائية الوجه.

مدرس الفيزياء.ما أنواع العدسات التي ما زلت تعرفها ، وما خصائصها؟

الطلاب.العدسة ثنائية الوجه هي عدسة متقاربة ، أي تتلاقى الأشعة التي تمر عبر العدسة عند نقطة واحدة تسمى البؤرة. العدسة ثنائية التقعر عبارة عن عدسة متباينة ، حيث تنتشر الأشعة التي تمر عبر العدسة بطريقة يتم فيها تجميع استمرار الأشعة في تركيز وهمي.

(مدرس الفيزياء يرسم(أرز. واحد) على السبورة ، والطلاب في دفتر الملاحظات ، مسار الأشعة في عدسة التجميع والتشتت.)

أرز. 1. مسار شعاع في العدسات المتقاربة والمتباعدة (التركيز البؤري F)

مدرس الفيزياء.كيف ستبدو الصورة إذا كان الكائن أكبر من ضعف الطول البؤري للعدسة المتقاربة؟

(يرسم الطلاب مسار الأشعة في دفاتر ملاحظاتهم في هذه الحالة (الشكل 2) ويتأكدون من أن الصورة مختصرة وحقيقية ومعكوسة.)

أرز. 2. بناء الصورة في عدسة متقاربة

تجربة أمامية

على كل طاولة ، يوجد لدى الطلاب عدسة متقاربة ومتباعدة ، ومصدر حالي ، ومصباح كهربائي على حامل ، وشاشة بفتحة على شكل الحرف G ، وشاشة.

يدعو مدرس الفيزياء الطلاب إلى اختيار محدب ثنائي ، أي العدسة المتقاربة والتحقق تجريبياً من أن العدسة المتقاربة تعطي صورة مقلوبة. يقوم الطلاب بتجميع التثبيت (الشكل 3) وتحريك العدسة بالنسبة للشاشة ، ويحققون صورة واضحة للحرف المقلوب G.

(يقتنع الطلاب بالتجربة أن الصورة حقيقية معكوسة ويتم الحصول عليها بوضوح على الشاشة فقط في مكان معين من الشاشة بالنسبة للعدسة..)

أرز. 3. مخطط تركيب لإظهار مسار الأشعة في العدسة المتقاربة

مدرس أحياء.نظرًا لأن العدسة والقرنية والجسم الزجاجي عبارة عن عدسات متقاربة ، فإن النظام البصري للعين يعطي صورة مقلوبة مقلوبة ، ويجب أن نرى العالم رأسًا على عقب. ما الذي يسمح لك برؤية الأشياء رأساً على عقب؟

الطلاب.ترجع الرؤية الطبيعية ، وليس المعكوسة ، للأشياء إلى "قلبها" المتكرر في القسم القشري للمحلل البصري.

مدرس أحياء.نرى الأشياء جيدًا على مسافات مختلفة. ويرجع ذلك إلى العضلات التي تتصل بالعدسة والتي تنظم انحناءها عن طريق الانقباض.

مدرس الفيزياء.دعونا نفكر بشكل تجريبي في كيفية تغير خصائص العدسة اعتمادًا على انحناءها. كلما كان نصف قطر الانحناء أصغر ، كان البعد البؤري أصغر - تسمى هذه العدسات بالعدسات قصيرة البؤرة ، العدسات ذات الانحناء الصغير ، أي. مع نصف قطر كبير من الانحناء يسمى التركيز الطويل (الشكل 4).

أرز. 4. تغيير خصائص العدسة حسب انحناءها

مدرس أحياء.عند عرض الأشياء القريبة ، يكون للعدسة نصف قطر انحناء منخفض وتعمل كعدسة تركيز قصيرة. عند عرض الأشياء البعيدة ، تتمتع العدسة بنصف قطر انحناء متزايد وتعمل كعدسة تقريب. في كلتا الحالتين ، يعد هذا ضروريًا للتأكد من أن الصورة تركز دائمًا على شبكية العين. تسمى القدرة على رؤية الأشياء بوضوح على مسافات مختلفة بسبب التغيير في انحناء العدسة "التكييف" (يكتب الطلاب التعريف في دفتر ملاحظات).

هناك انحرافات في بنية العين أو في عمل العدسة.

مع قصر النظر ، تتركز الصورة أمام الشبكية بسبب الانحناء المفرط للعدسة أو استطالة محور العين. مع طول النظر ، تتركز الصورة خلف الشبكية بسبب عدم كفاية انحناء العدسة أو تقصير محور العين.

مدرس الفيزياء.ما هي العدسات اللازمة لتصحيح قصر النظر وما هي العدسات اللازمة لتصحيح طول النظر؟

الطلاب.قصر النظر هو عدسة متباينة ، وبعد النظر هو عدسة متقاربة.

(مدرس الفيزياء ، من خلال إظهار الخبرة ، يثبت تجريبياً صحة استنتاجات الطلاب.)

مدرس أحياء.هناك انحراف آخر عن القاعدة في عمل النظام البصري للعين البشرية - وهو اللابؤرية. اللابؤرية (اللابؤرية) هي استحالة تقارب جميع الأشعة عند نقطة واحدة عند بؤرة واحدة. ويرجع ذلك إلى الانحرافات في انحناء القرنية عن الكروية. تستخدم العدسات الاسطوانية لتصحيح الاستجماتيزم.

الاستنتاجات

يقوم الطلاب ، جنبًا إلى جنب مع مدرس الأحياء ، بصياغة القواعد الأساسية للنظافة البصرية:

- حماية العين من التأثيرات الميكانيكية ؛
- اقرأ في غرفة مضاءة جيدًا ؛
- الإمساك بالكتاب من مسافة معينة (33-35 سم) من العينين ؛
- يجب أن يسقط الضوء على اليسار ؛
- لا يمكنك الاتكاء بالقرب من الكتاب ، لأن هذا يمكن أن يؤدي إلى تطور قصر النظر.
- لا يمكنك القراءة في مركبة متحركة لأن. بسبب عدم استقرار موضع الكتاب ، يتغير الطول البؤري طوال الوقت ، مما يؤدي إلى تغير في انحناء العدسة ، وانخفاض في مرونتها ، مما يؤدي إلى ضعف العضلة الهدبية وضعف الرؤية. .

عدسة ثنائية الوجه

عدسة بلانو محدبة

خصائص العدسات الرقيقة

اعتمادا على الأشكال ، هناك جماعي(موجب) و تشتتالعدسات (السلبية). تشتمل مجموعة العدسات المتقاربة عادةً على عدسات يكون الوسط فيها أكثر سمكًا من حوافها ، ومجموعة العدسات المتباينة عبارة عن عدسات ، تكون حوافها أكثر سمكًا من الوسط. وتجدر الإشارة إلى أن هذا صحيح فقط إذا كان معامل انكسار مادة العدسة أكبر من معامل الانكسار في البيئة. إذا كان معامل انكسار العدسة أقل ، فسيتم عكس الموقف. على سبيل المثال ، فقاعة الهواء في الماء عبارة عن عدسة منتشرة ذات وجهين.

تتميز العدسات ، كقاعدة عامة ، بقوتها البصرية (مقاسة بالديوبتر) ، أو الطول البؤري.

لبناء أجهزة بصرية مصححة للزيغ البصري (لوني بشكل أساسي ، بسبب تشتت الضوء ، - achromats و apochromats) ، فإن الخصائص الأخرى للعدسات / موادها مهمة أيضًا ، على سبيل المثال ، معامل الانكسار ، معامل التشتت ، نفاذية المادة في المحدد النطاق البصري.

أحيانًا تكون العدسات / الأنظمة البصرية للعدسات (المنكسرات) مصممة خصيصًا للاستخدام في الوسائط ذات معامل الانكسار المرتفع نسبيًا (انظر المجهر الغاطس ، السوائل الغاطسة).

أنواع العدسات:
تجمع:
1 - محدب من الجانبين
2 - مسطح محدب
3 - محدب مقعر (الغضروف المفصلي موجب)
نثر:
4 - ثنائي التقعر
5 - مقعر مسطح
6 - محدب مقعر (هلالة سالبة)

العدسة المحدبة المقعرة تسمى الغضروف المفصليويمكن أن تكون جماعية (تتكاثف باتجاه الوسط) أو تشتت (تتكاثف باتجاه الحواف). يمتلك الغضروف المفصلي ، الذي يكون نصف قطر سطحه متساويًا ، قوة بصرية تساوي الصفر (تُستخدم لتصحيح التشتت أو كعدسة غطاء). لذلك ، فإن عدسات النظارات قصر النظر عادة ما تكون هلالة سلبية.

الخاصية المميزة للعدسة المتقاربة هي القدرة على تجميع الأشعة الساقطة على سطحها في نقطة واحدة تقع على الجانب الآخر من العدسة.

العناصر الرئيسية للعدسة: NN - المحور البصري الرئيسي - خط مستقيم يمر عبر مراكز الأسطح الكروية التي تحد العدسة ؛ O - المركز البصري - نقطة تقع على المحور البصري داخل العدسة (في مركزها) بالنسبة للعدسات ثنائية التحدب أو ثنائية التجويف (مع نفس نصف قطر السطح).
ملحوظة. يظهر مسار الأشعة كما في عدسة مثالية (مسطحة) ، دون الإشارة إلى الانكسار عند حدود المرحلة الحقيقية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم عرض صورة مبالغ فيها إلى حد ما لعدسة ثنائية الوجه.

إذا تم وضع نقطة مضيئة S على مسافة ما أمام العدسة المتقاربة ، فسيمر شعاع من الضوء الموجه على طول المحور عبر العدسة دون انكسار ، والأشعة التي لا تمر عبر المركز سوف تنكسر باتجاه البصري المحور ويتقاطع عليه عند نقطة ما ، والتي ستكون صورة النقطة S. وتسمى هذه النقطة بالتركيز المترافق ، أو ببساطة التركيز.

إذا سقط الضوء من مصدر بعيد جدًا على العدسة ، فيمكن تمثيل أشعةها على أنها تتحرك في شعاع مواز ، ثم عند الخروج من العدسة ، ستنكسر الأشعة بزاوية أكبر وستتحرك النقطة F على العدسة البصرية محور أقرب إلى العدسة. في ظل هذه الظروف ، تسمى نقطة تقاطع الأشعة الخارجة من العدسة التركيز الأساسى F '، والمسافة من مركز العدسة إلى البؤرة الرئيسية - البعد البؤري الرئيسي.

سقوط الأشعة على عدسة متباعدة ، عند الخروج منها ، سوف تنكسر باتجاه حواف العدسة ، أي أنها ستنتشر. إذا استمرت هذه الأشعة في الاتجاه المعاكس كما هو موضح في الشكل بالخط المنقط ، فسوف تتقارب عند نقطة واحدة F ، والتي ستكون التركيزهذه العدسة. هذا التركيز سوف وهمي.

تركيز واضح لعدسة متباينة

ما قيل عن التركيز على المحور البصري الرئيسي ينطبق بالتساوي على تلك الحالات عندما تكون صورة نقطة ما تقع على محور بصري ثانوي أو مائل ، أي خط يمر عبر مركز العدسة بزاوية إلى المحور الرئيسي. المحور البصري. يسمى المستوى العمودي على المحور البصري الرئيسي ، الموجود عند التركيز الرئيسي للعدسة المستوى البؤري الرئيسي، وفي التركيز المترافق - فقط طائرة الوصل.

يمكن توجيه عدسات التجميع إلى الكائن من أي جانب ، ونتيجة لذلك يمكن جمع الأشعة التي تمر عبر العدسة من جانب أو جانب آخر منها. وبالتالي ، فإن العدسة لها بؤرتان - أمامو مؤخرة. تقع على المحور البصري على جانبي العدسة على بعد بؤري من مركز العدسة.

التصوير بعدسة رقيقة متقاربة

عند وصف خصائص العدسات ، تم النظر في مبدأ تكوين صورة لنقطة مضيئة عند بؤرة العدسة. حركة الأشعة على العدسة من اليسار تمر عبر بؤرتها الخلفية ، وواقعة الأشعة من اليمين تمر عبر البؤرة الأمامية. وتجدر الإشارة إلى أنه في العدسات المتباينة ، على العكس من ذلك ، يقع التركيز الخلفي أمام العدسة ، والواجهة الأمامية خلفها.

يتم الحصول على تكوين صورة كائنات ذات شكل وحجم معين بواسطة عدسة على النحو التالي: دعنا نقول أن الخط AB هو كائن يقع على مسافة معينة من العدسة ، ويتجاوز بشكل كبير البعد البؤري. من كل نقطة من وجوه الجسم من خلال العدسة سوف يمر عدد لا حصر له من الأشعة ، والتي ، من أجل الوضوح ، يوضح الشكل تخطيطيًا مسار ثلاثة أشعة فقط.

ستمر الأشعة الثلاثة المنبعثة من النقطة A عبر العدسة وتتقاطع عند نقاط التلاشي الخاصة بها على A 1 B 1 لتشكيل صورة. الصورة الناتجة هي صالحو رأسا على عقب.

في هذه الحالة ، تم الحصول على الصورة في التركيز المترافق في مستوى بؤري FF ، تمت إزالته إلى حد ما من المستوى البؤري الرئيسي F'F '، ويمر بالتوازي معها من خلال التركيز الرئيسي.

إذا كان الكائن على مسافة لا نهائية من العدسة ، فسيتم الحصول على صورته في التركيز الخلفي للعدسة F ' صالح, رأسا على عقبو انخفاضإلى نقطة مماثلة.

إذا كان جسم ما قريبًا من العدسة وكان على مسافة أكبر من ضعف الطول البؤري للعدسة ، فستكون صورته صالح, رأسا على عقبو انخفاضوستقع خلف التركيز الرئيسي على القطعة الواقعة بينه وبين البعد البؤري المزدوج.

إذا تم وضع كائن على ضعف الطول البؤري للعدسة ، فإن الصورة الناتجة تكون على الجانب الآخر من العدسة بضعف البعد البؤري منها. يتم الحصول على الصورة صالح, رأسا على عقبو متساوية في الحجمموضوعات.

إذا تم وضع كائن بين التركيز الأمامي والبعد البؤري المزدوج ، فسيتم التقاط الصورة إلى ما بعد البعد البؤري المزدوج وستكون كذلك صالح, رأسا على عقبو الموسع.

إذا كان الكائن موجودًا في مستوى التركيز الرئيسي الأمامي للعدسة ، فإن الأشعة ، بعد مرورها عبر العدسة ، ستذهب بشكل متوازٍ ، ولا يمكن الحصول على الصورة إلا عند اللانهاية.

إذا تم وضع جسم على مسافة أقل من البعد البؤري الرئيسي ، فستترك الأشعة العدسة في شعاع متباين ، دون أن تتقاطع في أي مكان. ينتج عن هذا صورة وهمي, مباشرةو الموسع، أي في هذه الحالة ، تعمل العدسة مثل العدسة المكبرة.

من السهل أن ترى أنه عندما يقترب كائن من التركيز اللانهائي إلى التركيز الأمامي للعدسة ، تتحرك الصورة بعيدًا عن التركيز الخلفي ، وعندما يصل الكائن إلى مستوى التركيز الأمامي ، يتضح أنه لا نهاية له.

هذا النمط له أهمية كبيرة في ممارسة أنواع مختلفة من أعمال التصوير الفوتوغرافي ، لذلك ، لتحديد العلاقة بين المسافة من الكائن إلى العدسة ومن العدسة إلى مستوى الصورة ، من الضروري معرفة الأساسيات صيغة العدسة.

تركيبة عدسة رفيعة

المسافات من نقطة الكائن إلى مركز العدسة ومن نقطة الصورة إلى مركز العدسة تسمى الأطوال البؤرية المترافقة.

تعتمد هذه الكميات على بعضها البعض ويتم تحديدها بواسطة صيغة تسمى صيغة عدسة رقيقة:

أين المسافة من العدسة إلى الجسم ؛ - المسافة من العدسة إلى الصورة ؛ هو البعد البؤري الرئيسي للعدسة. في حالة العدسة السميكة ، تظل الصيغة دون تغيير مع الاختلاف الوحيد وهو أن المسافات لا يتم قياسها من مركز العدسة ، ولكن من المستويات الرئيسية.

للعثور على كمية غير معروفة واحدة أو أخرى ذات كميتين معروفتين ، يتم استخدام المعادلات التالية:

وتجدر الإشارة إلى أن دلالات الكميات ش , الخامس , Fيتم اختيارهم على أساس الاعتبارات التالية - للحصول على صورة حقيقية من كائن حقيقي في عدسة متقاربة - كل هذه الكميات موجبة. إذا كانت الصورة خيالية - تُؤخذ المسافة إليها سالبة ، إذا كان الكائن خياليًا - تكون المسافة إليها سالبة ، إذا كانت العدسة متباعدة - يكون البعد البؤري سالبًا.

مقياس الصورة

مقياس الصورة () هو نسبة الأبعاد الخطية للصورة إلى الأبعاد الخطية المقابلة للكائن. يمكن التعبير عن هذه النسبة بشكل غير مباشر ككسر ، حيث المسافة من العدسة إلى الصورة ؛ هي المسافة من العدسة إلى الجسم.

يوجد هنا عامل تخفيض ، أي رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها الأبعاد الخطية للصورة أقل من الأبعاد الخطية الفعلية للكائن.

في ممارسة العمليات الحسابية ، يكون أكثر ملاءمة للتعبير عن هذه النسبة من حيث الطول البؤري للعدسة أو أين.

.

حساب البعد البؤري والقوة البصرية للعدسة

العدسات متناظرة ، أي أن لها نفس البعد البؤري بغض النظر عن اتجاه الضوء - يسارًا أو يمينًا ، والذي ، مع ذلك ، لا ينطبق على الخصائص الأخرى ، مثل الانحرافات ، التي يعتمد حجمها على أي جانب من العدسة تتحول نحو الضوء.

مجموعة عدسات متعددة (نظام مركزي)

يمكن دمج العدسات مع بعضها البعض لبناء أنظمة بصرية معقدة. يمكن العثور على القوة البصرية لنظام من عدستين كمجموع بسيط للقوى البصرية لكل عدسة (بشرط أن يمكن اعتبار العدستين رفيعتين وأنهما يقعان بالقرب من بعضهما البعض على نفس المحور):

إذا كانت العدسات موجودة على مسافة ما من بعضها البعض وكانت محاورها متطابقة (يسمى نظام عدد تعسفي من العدسات بهذه الخاصية بالنظام المركزي) ، فيمكن العثور على قوتها البصرية الكلية بدرجة كافية من الدقة من التعبير التالي:

أين هي المسافة بين المستويات الرئيسية للعدسات.

عيوب العدسة البسيطة

في معدات التصوير الحديثة ، هناك مطالب عالية على جودة الصورة.

الصورة التي يتم تقديمها بواسطة عدسة بسيطة ، بسبب عدد من أوجه القصور ، لا تلبي هذه المتطلبات. يتم القضاء على معظم أوجه القصور من خلال الاختيار المناسب لعدد من العدسات في نظام بصري مركزي - هدف. الصور الملتقطة بعدسات بسيطة لها عيوب مختلفة. تسمى عيوب الأنظمة الضوئية الانحرافات ، والتي تنقسم إلى الأنواع التالية:

• الانحرافات الهندسية
• الانحراف الانكساري (يحدث هذا الانحراف بسبب عناصر أخرى من النظام البصري ، ولا علاقة له بالعدسة نفسها).

عدسات ذات خصائص خاصة

عدسات بوليمر عضوية

العدسات اللاصقة

عدسات الكوارتز

زجاج الكوارتز - تمت إعادة صهره من السيليكا النقية مع إضافات طفيفة (حوالي 0.01٪) من Al 2 O 3 و CaO و MgO. يتميز بالثبات الحراري العالي والخمول للعديد من المواد الكيميائية باستثناء حمض الهيدروفلوريك.

يستخدم انكسار الضوء على نطاق واسع في مختلف الأدوات البصرية: الكاميرات ، المناظير ، التلسكوبات ، المجاهر. . . العدسة هي الجزء الذي لا غنى عنه والأكثر أهمية في هذه الأجهزة.

العدسة عبارة عن جسم متجانس شفاف بصريًا يحده من كلا الجانبين سطحان كرويان (أو أحدهما كروي والآخر مسطح).

تصنع العدسات عادة من الزجاج أو البلاستيك الشفاف الخاص. بالحديث عن مادة العدسة ، سنسميها زجاج ، وهذا لا يلعب دورًا خاصًا.

4.4.1 عدسة ثنائية الوجه

فكر أولاً في عدسة محددة على كلا الجانبين بسطحين كرويين محدبين (الشكل 4.16). تسمى هذه العدسة عدسة ثنائية الوجه. مهمتنا الآن هي فهم مسار الأشعة في هذه العدسة.

أرز. 4.16. الانكسار في عدسة ثنائية الوجه

أبسط موقف هو انتقال شعاع على طول المحور البصري الرئيسي لمحور تناظر العدسة. على التين. 4.16 يترك هذا الشعاع النقطة A0. المحور البصري الرئيسي متعامد على كلا السطحين الكرويين ، لذلك يمر هذا الشعاع عبر العدسة دون انكسار.

الآن لنأخذ الشعاع AB ، الذي يوازي المحور البصري الرئيسي. عند النقطة B من شعاع الحادث على العدسة ، يتم رسم MN الطبيعي على سطح العدسة ؛ نظرًا لأن الحزمة تنتقل من الهواء إلى الزجاج الأكثر كثافة بصريًا ، فإن زاوية الانكسار CBN تكون أصغر من زاوية السقوط ABM. لذلك ، يقترب الشعاع المنكسر BC من المحور البصري الرئيسي.

عند النقطة C من خروج الحزمة من العدسة ، يتم أيضًا رسم P Q العادي ، حيث تمر الحزمة إلى هواء أقل كثافة بصريًا ، وبالتالي فإن زاوية الانكسار QCD أكبر من زاوية السقوط P CB ؛ تنكسر الحزمة مرة أخرى باتجاه المحور البصري الرئيسي وتتقاطع معها عند النقطة D.

وبالتالي ، فإن أي شعاع موازٍ للمحور البصري الرئيسي ، بعد الانكسار في العدسة ، يقترب من المحور البصري الرئيسي ويتقاطع معه. على التين. يوضح الشكل 4.17 نمط الانكسار لشعاع ضوء عريض بدرجة كافية موازية للمحور البصري الرئيسي.

أرز. 4.17. انحراف كروي في عدسة ثنائية الوجه

كما ترى ، لا تركز العدسة شعاعًا عريضًا من الضوء: فكلما كانت الحزمة العارضة بعيدة عن المحور البصري الرئيسي ، كلما اقتربت من العدسة التي تعبر المحور البصري الرئيسي بعد الانكسار. تسمى هذه الظاهرة الانحراف الكروي وتشير إلى عيوب العدسات ، لأننا ما زلنا نرغب في تقليل شعاع الأشعة المتوازي إلى نقطة واحدة 5.

يمكن تحقيق تركيز مقبول للغاية باستخدام شعاع ضوئي ضيق يمر بالقرب من المحور البصري الرئيسي. ثم الزيغ الكروي يكاد يكون غير محسوس نظرة على التين. 4.18

أرز. 4.18 تركيز شعاع ضيق مع عدسة متقاربة

من الواضح أن شعاعًا ضيقًا موازيًا للمحور البصري الرئيسي ، بعد المرور عبر العدسة ، يتم جمعه عند نقطة واحدة تقريبًا F. لهذا السبب ، تسمى عدساتنا

جمع.

5 من الممكن بالفعل التركيز الدقيق لشعاع عريض ، ولكن لهذا يجب أن يكون لسطح العدسة شكل أكثر تعقيدًا وليس كرويًا. إن طحن هذه العدسات يستغرق وقتًا طويلاً وغير عملي. من الأسهل صنع العدسات الكروية والتعامل مع الانحراف الكروي الناشئ.

بالمناسبة ، يُطلق على الانحراف اسم كروي على وجه التحديد لأنه ينشأ نتيجة لاستبدال عدسة غير كروية معقدة ذات تركيز أمثل بعدسة كروية بسيطة.

النقطة F تسمى بؤرة العدسة. بشكل عام ، العدسة لها بؤرتان تقعان على المحور البصري الرئيسي على يمين ويسار العدسة. لا تتساوى المسافات من البؤر إلى العدسة بالضرورة مع بعضها البعض ، لكننا سنتعامل دائمًا مع المواقف التي توجد فيها البؤر بشكل متماثل فيما يتعلق بالعدسة.

4.4.2 عدسة Biconcave

الآن سننظر في عدسة مختلفة تمامًا ، يحدها سطحان كرويان مقعران (الشكل 4.19). تسمى هذه العدسة عدسة ثنائية التقعر. كما ورد أعلاه ، سوف نتتبع مسار شعاعين ، مسترشدين بقانون الانكسار.

أرز. 4.19 الانكسار في عدسة ثنائية التقعر

الشعاع الذي يترك النقطة A0 ويمر على طول المحور البصري الرئيسي لا ينكسر لأن المحور البصري الرئيسي ، كونه محور تناظر العدسة ، يكون عموديًا على كلا السطحين الكرويين.

Ray AB ، موازٍ للمحور البصري الرئيسي ، بعد الانكسار الأول يبدأ في الابتعاد عنه (لأنه عند المرور من الهواء إلى الزجاج / CBN< \ABM), а после второго преломления удаляется от главной оптической оси ещё сильнее (так как при переходе из стекла в воздух \QCD >\ ثنائي الفينيل متعدد الكلور). تحول العدسة ثنائية التقعر شعاعًا متوازيًا من الضوء إلى حزمة متباعدة (الشكل 4.20) ، وبالتالي تسمى شعاعًا متشعبًا.

ويلاحظ هنا أيضًا الانحراف الكروي: لا تتقاطع استمرار الأشعة المتباعدة عند نقطة واحدة. نرى أنه كلما كانت الحزمة الساقطة بعيدة عن المحور البصري الرئيسي ، كلما اقترب استمرار الحزمة المنكسرة من المحور البصري الرئيسي للعدسة.

أرز. 4.20. انحراف كروي في عدسة ثنائية التجويف

كما في حالة العدسة ذات الوجهين ، فإن الانحراف الكروي سيكون غير محسوس تقريبًا بالنسبة لحزمة مجاور محورية ضيقة (الشكل 4.21). تتقاطع امتدادات الأشعة المتشعبة عن العدسة عند نقطة واحدة تقريبًا عند بؤرة العدسة F.

أرز. 4.21. انكسار شعاع ضيق في عدسة متباعدة

إذا دخل مثل هذا الشعاع المتباين إلى أعيننا ، فسنرى نقطة مضيئة خلف العدسة! لماذا ا؟ تذكر كيف تظهر الصورة في مرآة مسطحة: يمتلك دماغنا القدرة على الاستمرار في الأشعة المتباعدة حتى تتقاطع ويخلق الوهم بجسم مضيء عند التقاطع (ما يسمى بالصورة التخيلية). إنها بالضبط الصورة الافتراضية الموجودة في بؤرة العدسة التي سنراها في هذه الحالة.

بالإضافة إلى العدسة ثنائية الوجه المعروفة لنا ، نوضح هنا: عدسة محدبة مستوية ، يكون أحد الأسطح فيها مسطحًا ، وعدسة محدبة مقعرة ، تجمع بين الأسطح المحدبة والمقعرة. لاحظ أنه في العدسة المحدبة المقعرة ، يكون السطح المحدب أكثر انحناءًا (نصف قطر الانحناء أصغر) ؛ لذلك ، فإن تأثير التقارب للسطح الانكساري المحدب يفوق تأثير التشتت للسطح المقعر ، وتتقارب العدسة ككل.

جميع العدسات المنتشرة الممكنة موضحة في الشكل. 4.23.

أرز. 4.23. العدسات المتباينة

إلى جانب العدسة ثنائية التقعر ، نرى مستويًا مقعرًا (أحد أسطحه مسطح) وعدسة محدبة مقعرة. يكون السطح المقعر للعدسة المحدبة المقعرة أكثر انحناءًا ، بحيث يسود تأثير التشتت للحدود المقعرة على التأثير المتقارب للحد المحدب ، وتكون العدسة ككل متباعدة.

حاول بناء مسار الأشعة بنفسك في تلك الأنواع من العدسات التي لم نفكر فيها ، وتأكد من أنها متقاربة أو منتشرة حقًا. هذا تمرين رائع ، ولا يوجد شيء صعب فيه بالضبط نفس الإنشاءات التي قمنا بها أعلاه!