التطبيق الرئيسي لقوانين انكسار الضوء هو في العدسات.

ما هي العدسة؟

كلمة "عدسة" نفسها تعني "العدس".

العدسة عبارة عن جسم شفاف يحده من الجانبين أسطح كروية.

دعونا نلقي نظرة على كيفية عمل العدسة على مبدأ انكسار الضوء.

أرز. 1. عدسة ثنائية التحدب

يمكن تقسيم العدسة إلى عدة أجزاء منفصلة، ​​كل منها عبارة عن منشور زجاجي. لنتخيل الجزء العلوي من العدسة على شكل منشور ثلاثي: عند سقوطه عليه، ينكسر الضوء وينحرف نحو القاعدة. دعونا نتخيل جميع الأجزاء التالية من العدسة على شكل شبه منحرف، حيث يمر شعاع من الضوء ويخرج مرة أخرى، ويتحول في الاتجاه (الشكل 1).

أنواع العدسات(الشكل 2)

أرز. 2. أنواع العدسات

العدسات المتقاربة

1- عدسة ثنائية التحدب

2 - عدسة بلانو محدبة

3 - عدسة محدبة مقعرة

العدسات المنتشرة

4- عدسة ثنائية التقعر

5- عدسة مسطحة مقعرة

6 - عدسة محدبة مقعرة

تسمية العدسة

العدسة الرقيقة هي عدسة سمكها أقل بكثير من نصف القطر الذي يربط سطحها (الشكل 3).

أرز. 3. عدسة رقيقة

نرى أن نصف قطر أحد السطحين الكرويين والسطح الكروي الآخر أكبر من سمك العدسة α.

تكسر العدسة الضوء بطريقة معينة. إذا كانت العدسة متقاربة، فإن الأشعة تتركز في نقطة واحدة. إذا كانت العدسة متباعدة، فإن الأشعة تتشتت.

تم إدخال رسم خاص للإشارة إلى العدسات المختلفة (الشكل 4).

أرز. 4. التمثيل التخطيطي للعدسات

1- تمثيل تخطيطي للعدسة المجمعة

2- تمثيل تخطيطي للعدسة المتباعدة

نقاط وخطوط العدسة:

1. المركز البصري للعدسة

2. المحور البصري الرئيسي للعدسة (الشكل 5)

3. عدسة التركيز

4. قوة العدسة

أرز. 5. المحور البصري الرئيسي والمركز البصري للعدسة

المحور البصري الرئيسي هو خط وهمي يمر عبر مركز العدسة ويكون عموديًا على مستوى العدسة. النقطة O هي المركز البصري للعدسة. جميع الأشعة التي تمر عبر هذه النقطة لا تنكسر.

نقطة أخرى مهمة للعدسة هي التركيز (الشكل 6). وهي تقع على المحور البصري الرئيسي للعدسة. عند النقطة البؤرية تتقاطع جميع الأشعة التي تسقط على العدسة بشكل موازي للمحور البصري الرئيسي.

أرز. 6. عدسة التركيز

تحتوي كل عدسة على نقطتين بؤريتين. سننظر في عدسة متساوية البؤرة، أي عندما تكون البؤرتان على نفس المسافة من العدسة.

المسافة بين مركز العدسة والتركيز تسمى البعد البؤري (القطعة في الشكل). يقع التركيز الثاني على الجانب الخلفي من العدسة.

السمة التالية للعدسة هي القوة البصرية للعدسة.

القوة الضوئية للعدسة (يشار إليها بـ ) هي قدرة العدسة على انكسار الأشعة. القوة البصرية للعدسة هي مقلوب البعد البؤري:

يتم قياس البعد البؤري بوحدات الطول.

بالنسبة لوحدة القدرة الضوئية، فإن وحدة القياس المختارة هي التي يساوي فيها البعد البؤري مترًا واحدًا. تسمى وحدة الطاقة الضوئية هذه الديوبتر.

بالنسبة للعدسات المتقاربة توضع إشارة "+" أمام القوة الضوئية، وإذا كانت العدسة متباعدة توضع إشارة "-" أمام القوة الضوئية.

يتم كتابة وحدة الديوبتر على النحو التالي:

هناك مفهوم آخر مهم لكل عدسة. هذه خدعة خيالية وخدعة حقيقية.

التركيز الفعلي هو التركيز الذي يتكون من الأشعة المنكسرة في العدسة.

البؤرة التخيلية هي بؤرة تتكون من استمرارية الأشعة التي تمر عبر العدسة (الشكل 7).

البؤرة التخيلية، كقاعدة عامة، هي عدسة متباعدة.

أرز. 7. التركيز التخيلي للعدسة

خاتمة

تعلمت في هذا الدرس ما هي العدسة وما هي أنواع العدسات الموجودة. تعرفنا على تعريف العدسة الرقيقة والخصائص الرئيسية للعدسات وتعلمنا ما هو التركيز الوهمي والتركيز الحقيقي وما هو الفرق بينهما.

مراجع

1. جيندنشتاين إل إي، كايدالوف إيه بي، كوزيفنيكوف في بي. /إد. أورلوفا في إيه، روزينا آي آي. الفيزياء 8. - م: منيموسين.
2. بيريشكين أ.ف. فيزياء 8. - م: بوستارد، 2010.
3. فاديفا أ.أ.، زاسوف أ.ف.، كيسيليف د.ف. الفيزياء 8. - م: التنوير.

1. تاك تو ent.net ().
2. تيبكا.رو ().
3. Megaresheba.ru ().

العمل في المنزل

1. المهمة 1. تحديد القوة الضوئية للعدسة المجمعة ذات البعد البؤري 2 متر.
2. المهمة 2. ما هو البعد البؤري للعدسة التي تبلغ قوتها البصرية 5 ديوبتر؟
3. المهمة 3. هل يمكن أن يكون للعدسة ثنائية التحدب قوة بصرية سلبية؟

(مقعر أو تبديد). يختلف مسار الأشعة في هذه الأنواع من العدسات، لكن الضوء ينكسر دائمًا، ومع ذلك، من أجل النظر في هيكلها ومبدأ عملها، عليك أن تتعرف على نفس المفاهيم لكلا النوعين.

فإذا رسمنا السطوح الكروية لجانبي العدسة إلى مجالات كاملة، فإن الخط المستقيم الذي يمر بمراكز هذه المجالات سيكون هو المحور البصري للعدسة. في الواقع، يمر المحور البصري عبر أوسع نقطة في العدسة المحدبة وأضيق نقطة في العدسة المقعرة.

المحور البصري، تركيز العدسة، البعد البؤري

يوجد على هذا المحور نقطة تتجمع فيها كل الأشعة التي تمر عبر العدسة المجمعة. في حالة العدسة المتباعدة، يمكننا رسم استمرارية للأشعة المتباعدة، ومن ثم نحصل على نقطة، تقع أيضًا على المحور البصري، حيث تتقارب كل هذه الاستمراريات. وتسمى هذه النقطة بؤرة العدسة.

العدسة المجمعة لها بؤرة حقيقية، وتقع في الجهة المقابلة للأشعة الساقطة؛ والعدسة المتباعدة لها بؤرة وهمية، وتقع في نفس الجهة التي يسقط منها الضوء على العدسة.

النقطة الواقعة على المحور البصري في منتصف العدسة بالضبط تسمى مركزها البصري. والمسافة من المركز البصري إلى النقطة البؤرية للعدسة هي البعد البؤري للعدسة.

يعتمد البعد البؤري على درجة انحناء الأسطح الكروية للعدسة. المزيد من الأسطح المحدبة سوف تنكسر الأشعة بقوة أكبر، وبالتالي تقلل البعد البؤري. إذا كان البعد البؤري أقصر، إذن هذه العدسةسيعطي تكبيرًا أكبر للصورة.

القدرة الضوئية للعدسة: الصيغة، وحدة القياس

لوصف القوة المكبرة للعدسة، تم تقديم مفهوم "القوة البصرية". القوة البصرية للعدسة هي مقلوب البعد البؤري لها. يتم التعبير عن القوة البصرية للعدسة بالصيغة:

حيث D هي القوة الضوئية، وF هو البعد البؤري للعدسة.

وحدة قياس القوة الضوئية للعدسة هي الديوبتر (1 ديوبتر). 1 ديوبتر هي القوة البصرية للعدسة التي يبلغ طولها البؤري 1 متر. كلما كان البعد البؤري أقصر، زادت القوة البصرية، أي كلما زادت العدسة تكبير الصورة.

وبما أن بؤرة العدسة المتباعدة هي قيمة وهمية، فقد اتفقنا على اعتبار البعد البؤري لها قيمة سالبة. وبناء على ذلك، فإن قوتها الضوئية هي أيضا قيمة سلبية. أما العدسة المجمعة فإن بؤرتها حقيقي، وبالتالي فإن كلا من الطول البؤري والقدرة البصرية للعدسة المجمعة هما كميتان موجبتان.

العدسات هي أجسام شفافة لإشعاع معين ويحدها سطحان مختلفان الشكل (كروي، أسطواني، إلخ). يظهر تكوين العدسات الكروية في الشكل. IV.39. يمكن أن يكون أحد الأسطح التي تحد العدسة عبارة عن كرة ذات نصف قطر كبير بلا حدود، أي مستوى.

ويسمى المحور الذي يمر عبر مراكز السطوح المكونة للعدسة بالمحور البصري؛ بالنسبة للعدسات المستوية المحدبة والمقعرة المستوية، يتم رسم المحور البصري من خلال مركز الكرة بشكل عمودي على المستوى.

تسمى العدسة رقيقة إذا كان سمكها أقل بكثير من نصف قطر انحناء أسطح التشكيل. في عدسة رقيقة، يمكن إهمال إزاحة الأشعة التي تمر عبر الجزء المركزي (الشكل IV.40). تتقارب العدسة إذا انكسرت الأشعة التي تمر عبرها باتجاه المحور البصري، وتتباعد إذا انحرفت الأشعة عن المحور البصري.

تركيبة العدسات

دعونا نفكر أولًا في انكسار الأشعة على سطح كروي واحد للعدسة. نشير إلى نقاط تقاطع المحور البصري مع السطح قيد النظر من خلال O، مع الشعاع الساقط - من خلال ومع الشعاع المنكسر (أو استمراره) - من خلال النقطة التي يوجد بها مركز السطح الكروي (الشكل الرابع) .41)؛ تشير إلى المسافة بواسطة نصف قطر انحناء السطح). اعتمادًا على زاوية سقوط الأشعة على السطح الكروي، من الممكن وجود مواقع مختلفة للنقاط بالنسبة للنقطة O في الشكل. IV.41 يوضح مسار الأشعة الساقطة على سطح محدب بزوايا سقوط مختلفة وتحت الحالة التي يكون فيها معامل انكسار الوسط الذي يأتي منه الشعاع الساقط، وهو معامل انكسار الوسط الذي يذهب إليه الشعاع المنكسر . لنفترض أن الشعاع الساقط هو محوري، أي.

يصنع زاوية صغيرة جدًا مع المحور البصري، فالزوايا أيضًا صغيرة ويمكن اعتبارها:

بناءً على قانون الانكسار عند الزوايا الصغيرة a وy

من الشكل. IV.41، وفيما يلي:

باستبدال هذه التعبيرات في الصيغة (1.34)، نحصل بعد الاختزال إلى صيغة السطح الكروي الانكساري:

بمعرفة المسافة من "الجسم" إلى السطح المنكسر، يمكنك استخدام هذه الصيغة لحساب المسافة من السطح إلى "الصورة"

لاحظ أنه عند اشتقاق الصيغة (1.35)، تم تخفيض القيمة؛ وهذا يعني أن جميع الأشعة المحورية الصادرة من نقطة ما، مهما كانت الزاوية التي تصنعها مع المحور البصري، سوف تتقارب عند النقطة

وبتنفيذ تفكير مماثل لزوايا السقوط الأخرى (الشكل IV.41، ب، ج)، نحصل على التوالي:

ومن هنا نحصل على قاعدة الإشارات (بافتراض أن المسافة دائما موجبة): إذا كانت النقطة أو تقع على نفس الجانب من السطح الانكساري الذي تقع عليه النقطة، فإن المسافات

ويجب أن تؤخذ بعلامة الطرح؛ إذا كانت النقطة أو كانت تقع على الجانب الآخر من السطح بالنسبة للنقطة، فيجب أخذ المسافات بعلامة زائد. نفس قاعدة العلامات سوف تنتج إذا أخذنا في الاعتبار انكسار الأشعة من خلال سطح كروي مقعر. ولهذا الغرض، يمكنك استخدام نفس الرسومات الموضحة في الشكل. IV.41، فقط إذا تم عكس اتجاه الأشعة وتغيير تسميات معاملات الانكسار.

تحتوي العدسات على سطحين انكساريين، يمكن أن يكون نصف قطر انحناءهما هو نفسه أو مختلفًا. فكر في عدسة ثنائية التحدب؛ بالنسبة للشعاع الذي يمر عبر مثل هذه العدسة، يكون السطح الأول (المدخل) محدبًا، والثاني (الخارج) مقعرًا. يمكن الحصول على صيغة الحساب من البيانات إذا استخدمنا الصيغ (1.35) للإدخال و (1.36) لسطح الإخراج (مع المسار العكسي للأشعة، حيث أن الشعاع يمر من الوسط إلى المتوسط

بما أن "الصورة" من السطح الأول هي "الجسم" للسطح الثاني، فمن الصيغة (1.37) نحصل على استبدال بـ

ومن هذه العلاقة يتضح أن القيمة ثابتة، أي مترابطة. دعونا نشير إلى المكان الذي يسمى فيه البعد البؤري للعدسة القوة الضوئية للعدسة ويقاس بالديوبتر). لذلك،

إذا تم إجراء الحساب لعدسة ثنائية التقعر، فسنحصل عليها

بمقارنة النتائج، يمكننا التوصل إلى استنتاج مفاده أنه لحساب القوة الضوئية للعدسة من أي شكل، يجب استخدام صيغة واحدة (1.38) وفقًا لقاعدة الإشارة: يجب استبدال نصف قطر انحناء الأسطح المحدبة بصيغة علامة الزائد، الأسطح المقعرة بعلامة الطرح. القوة الضوئية السلبية، أي البعد البؤري السلبي، تعني أن المسافة بها علامة ناقص، أي أن "الصورة" موجودة في نفس الجانب الذي يوجد فيه "الجسم". وفي هذه الحالة تكون "الصورة" خيالية. العدسات ذات القوة الضوئية الإيجابية تتقارب وتعطي صور صالحة، بينما على مسافة تكتسب علامة الطرح وتبين أن الصورة افتراضية. العدسات ذات القوة الضوئية السلبية متباعدة وتعطي دائمًا صورة افتراضية; بالنسبة لهم وبدون قيم رقمية، من المستحيل الحصول على مسافة موجبة

تم اشتقاق الصيغة (1.38) بشرط وجود نفس الوسط على جانبي العدسة. إذا كانت مؤشرات الانكسار للوسائط المتاخمة لأسطح العدسة مختلفة (على سبيل المثال، عدسة العين)، فإن الأطوال البؤرية على يمين ويسار العدسة غير متساوية، و

أين هو البعد البؤري على الجانب الذي يقع فيه الكائن.

لاحظ أنه وفقًا للصيغة (1.38)، يتم تحديد القوة الضوئية للعدسة ليس فقط من خلال شكلها، ولكن أيضًا من خلال العلاقة بين معاملات الانكسار لمادة العدسة و بيئة. على سبيل المثال، تتمتع العدسة ثنائية التحدب الموجودة في وسط ذو معامل انكسار مرتفع بقوة بصرية سلبية، أي أنها عدسة متباعدة.

على العكس من ذلك، فإن العدسة ثنائية التقعر الموجودة في نفس الوسط لها قوة بصرية موجبة، أي أنها عدسة متقاربة.

النظر في نظام من عدستين (الشكل IV.42، أ)؛ لنفترض أن الجسم النقطي يقع في بؤرة العدسة الأولى. سيكون الشعاع الخارج من العدسة الأولى موازيًا للمحور البصري، وبالتالي سيمر عبر بؤرة العدسة الثانية. باعتبار هذا النظام بمثابة عدسة واحدة رفيعة، يمكننا أن نكتب منذ ذلك الحين

هذه النتيجة صحيحة أيضًا بالنسبة للمزيد نظام معقد عدسات رقيقة(ما لم يكن من الممكن اعتبار النظام نفسه "رفيعًا"): القوة البصرية لنظام العدسات الرقيقة تساوي مجموع القوى البصرية للأجزاء المكونة له:

(بالنسبة للعدسات المتباعدة، فإن القوة الضوئية لها إشارة سلبية). على سبيل المثال، يمكن للوحة المتوازية المستوية المكونة من عدستين رفيعتين (الشكل IV.42، ب) أن تكون مجموعة (إذا) أو متباعدة (إذا كانت العدسة. بالنسبة إلى عدستين رفيعتين تقعان على مسافة أ من بعضهما البعض (الشكل IV.43) ، القوة الضوئية هي دالة للأطوال البؤرية للعدسات و