تا به حال فکر کرده اید تلسکوپ هابل چگونه کار میکند و عدسیها چه نقشی در مشاهده تصاویر شگفتانگیز فضایی دارند؟ تلسکوپ فضایی هابل که در سال ۱۹۹۰ در مدار زمین قرار گرفت، باعث تحولی بزرگ در مشاهده اجرام فضایی شد. یکی از مشکلات اصلی رصد ستارگان، شکست نور در جو بود که باعث تار شدن یا انحراف تصاویر دریافتی میشد. اما با قرار دادن تلسکوپ هابل در فضا، این مشکل از بین رفت، زیرا عملکرد تلسکوپ هابل بر پایه بازتاب نور از آینهها و شکست و کانونی شدن آنهاست. شکست نور، کار عدسیهای قرار گرفته در تلسکوپ هابل است.
امروزه تلسکوپ هابل به اخترشناسان این امکان را میدهد که تصاویر واضح و دقیق از اعماق فضا ثبت کنند، رازهای جهان هستی را کشف کنند، سیاهچاله های مرکز کهکشان راهشیری را مشاهده کنند و فرآیند تولد ستارگان را بررسی کنند و همه این اتفاقات به لطف عدسیها رقم خورده است.
عدسی چیست؟
عدسی جسمی شفاف و صیقلی، از جنس شیشه یا پلاستیک یا هر ماده شفاف دیگری است که معمولا هر دو سطح آن خمیده یا یک سطح آن خمیده و آن یکی سطح آن تخت میباشد.
اولین نفری باشید که از اخبار و اطلاعیههای مرتبط با پایه تحصیلیتان باخبر میشود!
عدسیها چگونه کار میکنند؟
عدسیها با استفاده از پدیدهی شکست نور کار میکنند. هنگامیکه نور از درون عدسی عبور میکند، مسیر آن منحرف میشود. این انحراف به دلیل تغییر سرعت نور هنگام عبور از محیطهای متفاوت (هوا به شیشه یا بالعکس) رخ میدهد. این پدیده باعث میشود تصویر اجسام تغییر کند و بسته به نوع عدسی، بزرگنمایی یا کوچکنمایی اتفاق بیفتد. تصویر میتواند واقعی (قابل تشکیل روی پرده) یا مجازی (تنها قابل مشاهده با چشم) باشد.
اجزای اصلی عدسیها چیست؟ | بررسی مفاهیم عدسیها
برای بررسی نحوهی شکست نور و تشکیل تصویر توسط عدسیها، آشنایی با اجزای اصلی عدسیها ضروری میباشد؛ این اجزا عبارتاند از:
- مرکز نوری (O): نقطه ای از محور اصلی عدسی که پرتوی نور از آن بدون انحراف عبور میکند. مرکز نوری در عدسی محدب (همگرا) در ضخیم ترین ناحیه آن و در عدسی مقعر (واگرا) در نازک ترین ناحیه آن است.
- محور اصلی: خط راست فرضی، که از مرکز نوری عبور کرده و به دو سطح عدسی عمود است.
- کانون عدسی: محل بهم رسیدن پرتوهای موازی نور یا امتداد آنها پس از عبور از عدسی را کانون عدسی است.
- کانون اصلی (F): کانون اصلی عدسی در عدسیهای محدب نقطهای است که پرتوهای نور موازی پس از عبور از عدسی، در آن به هم میرسند و در عدسی مقعر نقطه ای است به نظر میرسد پرتوهای نوری از آن نقطه منشأ گرفتهاند.
- کانون حقیقی: کانون عدسی محدب (همگرا) که محل واقعی بهم رسیدن پرتوهای موازی نور پس از عبور از عدسی است و میتوان آنرا روی یک صفحه مشخص نمایش داد.
- کانون مجازی: کانون عدسی مقعر (واگرا) که امتداد محل بهم رسیدن پرتوهای نور پس از عبور از عدسی است. این نقطه خیالی است و نمیتوان آن را بر یک صفحه مشخص نمایش داد.
- کانونی شدن: وضعیتی که درآن به کمک عدسیها وضوح و شفافیت یک شیء یا تصویر در بالاترین حد خود قرار میگیرد.
- فاصله کانونی (f): فاصلهی کانون اصلی عدسی تا مرکز آنرا فاصله کانونی مینامند. این فاصله در عدسیهای محدب مثبت و در عدسیهای مقعر منفی در نظر گرفته میشود.
انواع عدسیها کدامند؟
عدسیها بر اساس شکل سطوحشان به سه دسته کلی تقسیم میشوند:
- عدسی محدب (همگرا)
- عدسی مقعر (واگرا)
- عدسی مرکب
عدسی محدب (همگرا) چیست و در چه ابزارهایی کاربرد دارد؟
این نوع عدسی در مرکز ضخیمتر از لبههاست و نور را پس از عبور، در یک نقطه متمرکز میکند. عدسی محدب (همگرا) هر نوع عدسی است که همگرایی پرتوهای نور را افزایش میدهد و آنها را بههم نزدیکتر میکند.
پرتوهای نوری هنگام ورود و خروج از عدسی محدب (همگرا) دو بار میشکنند. پرتوهای موازی در نقطهای به نام نقطهی کانونی همگرا میشوند و تصویر بسته به فاصله جسم از عدسی ممکن است واقعی یا مجازی تشکیل شود.
تصویری که عدسی محدب (همگرا) تشکیل میدهد، همواره واقعی(به جز در فاصله کانونی که تصویر مجازی است) وارونه و بزرگتر از جسم است؛ به همین دلیل از آن در ابزارهایی استفاده میشود که نیاز به بزرگنمایی و اصلاح دید دور دارند.
کاربردهای عدسی محدب (همگرا)
ذرهبین، عینک دوربینی، میکروسکوپ و تلسکوپ.
پیشنهاد مطالعه: انجماد چیست؟
عدسی مقعر (واگرا) چیست و در چه ابزارهایی کاربرد دارد؟
عدسی مقعر در مرکز نازکتر و در لبهها ضخیمتر است. عدسی مقعر (واگرا) هر نوع عدسی است که همگرایی پرتوهای نور را کاهش میدهد، یعنی آنها را از هم دورتر میکند.
هنگامیکه پرتوهای نوری موازی از عدسی مقعر (واگرا) عبور میکنند، پس از شکست نور، بهگونهای از هم دور میشوند که به نظر میرسد از یک نقطه در سمت چپ عدسی (پشت آن) به نام کانون مجازی منشأ گرفتهاند. این ویژگی باعث واگرایی نور میشود.
تصویری که عدسی مقعر (واگرا) تشکیل میدهد، همواره مجازی، مستقیم و کوچکتر از جسم است؛ به همین دلیل از این عدسی در ابزارهایی استفاده میشود که نیاز به کوچکنمایی و اصلاح دید نزدیک دارند.
کاربردهای عدسی مقعر (واگرا)
عینک نزدیکبینی، عدسیهای اصلاحی در برخی ابزارهای نوری مانند چشمیها
پیشنهاد مطالعه: آشنایی با انواع آینه ها
تفاوت عدسی محدب و مقعر چیست؟
| ویژگیها | عدسی محدب (همگرا) | عدسی مقعر (واگرا) |
| شکل ظاهری | مرکز ضخیم، لبه نازک | مرکز نازک، لبه ضخیم |
| نوع شکست نور | همگرا | واگرا |
| نوع تصویر | واقعی یا مجازی | همیشه مجازی |
| کاربرد | ذرهبین، تلسکوپ، میکروسکوپ | عینک نزدیکبینی، برخی ابزارهای نوری مانند چشمیها |
عدسی مرکب چیست و در چه ابزارهایی کاربرد دارد؟
عدسیهای مرکب مجموعه ای از عدسیهای محدب (همگرا) و مقعر (واگرا) بهم چسبیده هستند که کار یک عدسی را انجام میدهند.
از عدسیهای مرکب در برخی ابزارهای پیشرفته استفاده میشود تا خطاهای نوری مانند پراکندگی رنگی یا انحراف تصویر به حداقل برسد. این اتفاق باعث بهبود کیفیت تصویر و دقت بالا در بزرگنمایی میشود.
کاربردهای عدسیهای مرکب
دوربینهای حرفهای، لنزهای زوم، تلسکوپهای نجومی و میکروسکوپهای تحقیقاتی.
پیشنهاد مطالعه: چرخه آب چیست؟
عملکرد عدسی در چشم انسان چگونه است؟
وقتی پرتوهای نور از هوا وارد چشم میشوند، در هنگام عبور از محیطهای شفاف مختلف مانند قرنیه و زلالیه، میشکنند. این پرتوها سپس از عدسی چشم عبور میکنند و تصویری روی شبکیه تشکیل میدهند. بنابراین میتوان گفت که عملکرد عدسیهای چشم بسیار شبیه به عدسیهای محدب (همگرا) میباشد.
عدسی چشم برخلاف عدسیهای معمولی، خاصیت انعطافپذیری دارد. عضلات کوچکی بهنام عضلات مژگانی اطراف عدسی چشم قرار دارند که وظیفه تطابق، یعنی تغییر ضخامت عدسی چشم و در نتیجه تغییر فاصله کانونی آن، برای بهتر دیده شدن اجسام دور یا نزدیک را بر عهده دارند.
کاربردهای عدسیها در زندگی روزمره چیست؟
عدسیها در زندگی روزمره ما نقش مهمی را ایفا میکنند و کاربردهای متفاوتی دارند.
برخی از ابزارهایی که عدسیها درآنها کاربرد دارند عبارتاند از:
- ذره بین: ذره بین یک نوع عدسی محدب (همگرا) است که از جسمی که در فاصله کانونی آن قرار میگیرد تصویری مجازی و مستقیم و بزرگتر ایجاد میکند و برای مشاهده نوشتهها و تصاویر و یا چیزهای دیگر استفاده میشود.
- عینکهای طبی: عینکهایی که بنا به تجویز چشم پزشک یا بینایی سنج برای تصحیح خطاهای انکساری چشم مثل نزدیکبینی و دوربینی کاربرد دارند.
- عدسی مقعر:عینک هایی با عدسی تیره یا رنگی که برای محافظت از چشم ها در برابر نور شدید خورشید ساخته میشوند، عدسی این عینک ها نور خورشید را بازتاب میدهد و مانع از ورود نور به چشم میشود.
- ابزارهای اپتیکی: مانند میکروسکوپها برای بررسی موجودات و اشیاء بسیار کوچک و تلسکوپها برای بزرگنمایی و بررسی اجسام بسیار دور.
در میکروسکوپها، دو عدسی محدب (همگرا) با فاصله کانونی کوچک به نام عدسی شیئی و عدسی چشمی قرار دارند که به ترتیب در مقابل جسم و چشم قرار میگیرند. عدسی شیئی تصویری حقیقی، وارونه و بزرگتر از جسم در فاصله کانونی عدسی چشمی تشکیل میدهد و عدسی چشمی تصویری مجازی، مستقیم و بزرگتر پدید میآورد تا بزرگنمایی در میکروسکوپ اتفاق بیفتد.
در تلسکوپها، نور ابتدا توسط یک عدسی محدب بزرگ، جمعآوری و متمرکز میشود. سپس عدسیهای مقعر و محدب کوچکتر، مسیر نور را تصحیح میکنند تا تصویر نهایی واضح، روشن و بزرگتر به نظر برسد.
- دوربینهای عکاسی: وسیله ای برای متمرکز کردن نور و تشکیل تصویر اجسام روی فیلم یا کاغذ هستند.
تشکیل تصویر در دوربین ها با شکست نور در مجموعه عدسیهای آن صورت میگیرد و برای بالا بردن کیفیت تصویر گرفته شده از اجسام با فاصله های مختلف از دوربین عکاسی، فاصله عدسیها از هم تنظیم میشود.
- پروژکتورها و ویدئو پروژکتورها: دستگاهی که در آن مجموعه ای از عدسیها برای انداختن تصویر مستقیم و بزرگتر بر یک پرده یا صفحه نمایش در کنار یکدیگر قرار میگیرند.
پیشنهاد مطالعه: جلگه چیست؟
قوانین رسم پرتوهای نوری در عدسیها چه هستند؟
برای رسم مسیر پرتوهای نوری در عدسیهای محدب و مقعر، سه قانون وجود دارد:
- قانون اول:
پرتویی که موازی با محور اصلی، به عدسی میتابد، پس از عبور از عدسی از کانون عدسی عبور میکند. - قانون دوم:
پرتویی که از کانون به سمت عدسی میتابد، پس از شکست، موازی با محور اصلی عدسی میشود. - قانون سوم:
پرتویی که از مرکز نوری عدسی (O) عبور میکند، مسیرش تغییر نمیکند و بدون شکست و انحراف، مستقیم عبور میکند.
آزمایشات علمی با عدسیها
در ادامه برای آشنایی بیشتر به انجام چند آزمایش ساده میپردازیم تا بتوانیم با طرز کار هر عدسی بیشتر آشنا شویم.
آزمایش همگرایی نور با ذرهبین
هدف این آزمایش نمایش خاصیت همگرایی عدسی محدب در ذرهبین است.
مراحل انجام آزمایش:
- یک ذرهبین را روبهروی خورشید بگیرید.
- نور خورشید را روی یک کاغذ سفید متمرکز کنید و فاصلهی ذرهبین تا کاغذ را تنظیم نمایید تا نقطهای روشن و واضح روی آن دیده شود.
- اگر ذرهبین را در همان حالت نگه دارید، پس از مدتی کاغذ شروع به سوختن میکند.
نکته: عدسی محدب ذرهبین، پرتوهای خورشید را در یک نقطه جمع میکند و انرژی آنها را افزایش میدهد؛ در نتیجه دمای آن نقطه افزایش یافته و باعث سوختن کاغذ میشود.
آزمایش واگرایی عدسی مقعر با چراغقوه
هدف این آزمایش نمایش خاصیت واگرایی عدسی مقعر است.
مراحل:
- یک عدسی مقعر و یک منبع نور موازی (مثل چراغقوه یا لیزر) تهیه کنید.
- نور را از پشت عدسی به سمت دیوار بتابانید.
- اگر چراغ قوه و عدسی را در همان حالت نگه دارید،مشاهده میکنید که پرتوهای نور پس از عبور از عدسی، از هم فاصله میگیرند و پراکنده میشوند.
آزمایش بررسی عدسیهای مرکب در دوربین عکاسی
هدف این آزمایش آشنایی با عملکرد ترکیبی عدسیها در لنز دوربین است.
مراحل:
- یک دوربین با لنز قابل جداسازی تهیه کنید.
- اگر امکان باز کردن لنز وجود دارد، لنز را باز کنید و مشاهده کنید که لنز از چند عدسی محدب و مقعر تشکیل شده است.
- با تغییر فاصلهی این عدسیها (زوم کردن)، میتوانید تصویر را شفافتر، بزرگتر یا کوچکتر کنید.
سخن پایانی
در این مقاله با عدسیها و انواع آنها آشنا شدیم. عدسیها اجسام شفاف و صیقلی با دو یا یک سطح خمیده هستند که معمولا از شیشه یا پلاستیک تولید میشوند و با شکست نور میتوانند باعث بزرگنمایی یا کوچکنمایی اجسام شوند. انواع مختلفی از عدسی ها مانند عدسی محدب (همگرا) و عدسی مقعر (واگرا) و عدسی مرکب وجود دارد. در ادامه در مورد عدسیهای چشم انسان و اصلاح نارسایی های بینایی توسط عدسیها صحبت کردیم و قوانین شکست نور توسط عدسیها را شرح دادیم. در طول مقاله تلاش کردیم مفاهیم را با مثالها و فعالیتهای کاربردی توضیح دهیم تا درک بهتری از نحوه عملکرد عدسیها داشته باشید.
سؤالات متداول
- عدسی چیست؟
عدسی یک جسم شفاف است که معمولاً از شیشه یا پلاستیک ساخته میشود و یک یا دو سطح آن خمیده هستند و میتواند مسیر پرتوهای نور را منحرف کرده و باعث تشکیل تصویر بزرگتر یا کوچکتر شود. - چند نوع عدسی داریم؟
عدسیها بهطور کلی به سه دسته تقسیم میشوند:
عدسی محدب (همگرا)
عدسی مقعر (واگرا)
عدسی مرکب (ترکیبی از عدسیهای محدب (همگرا) و مقعر (واگرا)) - عدسی محدب چیست و چه کاربردی دارد؟
عدسی محدب (همگرا) هر نوع عدسی است که پرتوهای نور را به یکدیگر نزدیکتر میکند. این عدسی برای بزرگنمایی تصاویر به کار میرود. از جمله کاربردهای آن: ذرهبین، عینک دوربینی، دوربین عکاسی، میکروسکوپ و تلسکوپ. - عدسی مقعر چیست و چه کاربردی دارد؟
عدسی مقعر (واگرا) هر نوع عدسی است که پرتوهای نور را از یکدیگر دورتر میکند. این عدسی برای کوچکنمایی تصاویر به کار میرود. از جمله کاربردهای آن: عینک نزدیکبینی، برخی ابزارهای نوری خاص مثل چشمی ها. - چه تفاوتی بین عدسی محدب و مقعر وجود دارد؟
عدسی محدب (همگرا) در وسط ضخیمتر و در لبهها نازکتر است و پرتوهای نور را همگرا میکند؛ اما عدسی مقعر (واگرا) در وسط نازکتر و در لبهها ضخیمتر است و پرتوهای نور را واگرا میکند. - عدسی مرکب چیست؟
عدسی مرکب ترکیبی از چند عدسی محدب و مقعر است که برای اصلاح خطاهای نوری و بهبود کیفیت تصویر به کار میرود. از جمله کاربردهای آن تلسکوپ، دوربین حرفهای و لنز زوم است. - تشکیل تصویر در عدسیهای محدب (همگرا) و مقعر (واگرا) چگونه است؟
تصویر در عدسی محدب (همگرا)، همواره واقعی(به جز در فاصله کانونی که تصویر مجازی است) وارونه و بزرگتر از جسم است.
تصویری در عدسی مقعر (واگرا)، همواره مجازی، مستقیم و کوچکتر از جسم است.
