عدسی محدب معروف به همگرا یا کوژ ، لنزی است که پرتوهای نوری را که موازی با محور اصلی آن حرکت می کنند را همگرا می کند. این عدسی ها در وسط نسبتاً ضخیم و در لبه های بالا و پایین نازک هستند. با نزدیک شدن نور به عدسی اشعه ها موازی می شوند. با رسیدن هر اشعه به سطح شیشه ، با توجه به زاویه موثر مواجهه در آن نقطه از عدسی ، شکسته می شود.
از آنجا که سطح عدسی خمیده است ، اشعه های مختلف نور در درجات مختلف شکسته می شوند. بیرونی ترین اشعه ها بیشترین شکست را خواهند داشت که این مسئله برخلاف عدسی مقعر است. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در این رابطه ارائه می شود.
ساختار عدسی محدب
عدسی یا لنز قطعه ای از مواد شفاف است که توسط دو سطح محدود شده است که حداقل یکی از آنها منحنی است. عدسی که سطح کروی آن بیرون زده است محدب ، همگرا یا کوژ نامیده می شود. تفاوت عدسی محدب و مقعر در همین شکل ظاهری است زیرا عدسی مقعر دارای سطح فرو رفته است.
نقطه مرکزی لنز را مرکز نوری آن می نامند که معمولاً با حرف o نشان داده می شود. خط مستقیمی که از مرکز نوری عبور می کند ، محور اصلی نامیده می شود. محور اصلی عمود بر سطوح لنز است. قطر موثر لنزهای کروی را دیافراگم می نامند که میزان نوری که از لنز عبور می کند را تعیین می کند.نور هنگام برخورد با عدسی ابتدا شکسته شده و سپس در طرف دیگر عدسی به سمت محور اصلی خم می شود. این نقطه را کانون یا کانونی اصلی عدسی می نامند و با حرف F نشان داده می شود. فاصله بین کانون عدسی و مرکز نوری را فاصله کانونی می نامند.
انکسار اشعه در بالا و پایین عدسی حداکثر است و همانطور که به سمت محور اصلی حرکت می کنیم ، این زاویه کاهش می یابد. این امر باعث کاهش انکسار اشعه می شود. در مرکز به دلیل موازی بودن زاویه تابش هیچ انکساری رخ نمی دهد و اشعه در مرکز نوری در مسیر اصلی خود بدون انحراف ظاهر می شود. طبق قرارداد ، علامت فاصله کانونی لنز محدب مثبت است. عدسی های ضخیم تر که انحنای بیشتری دارند ، نور را بیشتر دچار انکسار می کنند. بنابراین فاصله کانونی کوتاه تری دارند. عدسی های محدب ضخیم تر قدرت همگرایی بیشتری دارند.
اگر پرتوهای موازی روی لنز به سمت محور اصلی متمایل شوند ، آنها پس از انکسار به نقاط معینی در صفحه حاوی نقطه کانونی تبدیل می شوند. صفحه عبوری از همه این نقاط که عمود بر محور اصلی است ، صفحه کانونی عدسی نامیده می شود.
شاید این سوال برای شما پیش بیاید که اگر پرتوهای نوری به موازات محور اصلی در طرف دیگر عدسی قرار بگیرند چه می شود؟ باید بگوییم که همان تأثیر را در برخورد نور از طرف دیگر خواهد داشت. بنابراین ، یک لنز محدب دارای دو نقطه کانونی است که معمولاً با F1 و F2 نشان داده می شوند ، یکی در هر طرف با فاصله نوری از مرکز نوری. طبق اصل برگشت پذیری نور ، پرتوی نوری که از نقطه کانونی عدسی محدب عبور می کند ، در طرف دیگر به موازات محور اصلی آن ظاهر می شود.
شکست نور در عدسی محدب
- اگر پرتویی موازی با محور اصلی به عدسی محدب بتابد، پس از شکست از نقطه کانونی خواهد گذشت.
- اگر پرتو طوری بتابد که از نقطه کانونی عبور کند، پس از شکست، موازی با محور اصلی از عدسی خارج می شود.
- در صورتیکه پرتو به مرکز نوری عدسی تابانده شود بدون شکست در همان مسیر از عدسی خارج خواهد شد.
تشکیل تصاویر عدسی محدب
- اگر می خواهید بدانید عدسی محدب تصویر خود را چگونه تشکیل می دهد با ما در ادامه همراه باشید.
- اگر جسم در فاصلهٔ کانونی (f) عدسی قرار بگیرد تصویری مجازی، بزرگتر و مستقیم تشکیل خواهد شد.
- اگر جسم در روی نقطه کانونی (F) قرار بگیرد یک تصویر مجازی در بینهایت تشکیل می شود.
- اگر جسم در فاصلهٔ بین مرکز عدسی (C) و کانون عدسی (F) قرار بگیرد تصویری بزرگتر، حقیقی، وارونه تشکیل خواهد شد.
- اگر جسم در روی مرکز عدسی (C) قرار بگیرد تصویری هم اندازه، وارونه، حقیقی بر روی مرکز ایجاد می شود.
- اگر جسم در فاصلهٔ دور از مرکز قرار بگیرد یک تصویر کوچکتر، حقیقی و وارونه تشکیل می دهد.
- اگر جسم در فاصله بینهایت باشد تصویری کوچکتر، حقیقی، وارونه بر روی نقطهٔ کانونی عدسی تشکیل خواهد شد.
معادله عدسی ها
در انواع عدسی ها اگر فاصله شی از عدسی را P و فاصله تصویر از عدسی را q و فاصله کانونی را f در نظر بگیریم به معادله ای به شکل زیر دست خواهیم یافت:
معادله بزرگنمایی عدسی
بزرگنمایی در عدسی ها به صورت زیر تعریف می شود:
طول شیء / طول تصویر = M
از طریق تشابهات دو مثلث ABD و CBG که حاصل از رسم پرتوهای فرودی و عبوری در عدسی هستند به معادله زیر می رسیم:
M = I/O = q/p
مثلا اگر بخواهیم تصویریک عمارت بلند به طول ۳۰ متر را روی یک فیلم ۳۰ میلی متری قرار دهیم به شکل زیر محاسبه خواهد شد:
M = I/O = 30/30000 mm = 1/1000
روش محاسبه توان عدسی
عکس فاصله کانونی را توان عدسی می نامند. برای مقایسه قدرت عدسی ها در همگرایی و واگرایی از پارامتری به نام دیوپتر استفاده می شود که در اپتیک m/ 1 را دیوپتر می گویند . لازم به ذکر است یک عدسی محدب با دیوپتر بالاتر، پرتوها را در فاصله کانونی کمتری همگرا می کند. در واقع می توان گفت یک عدسی محدب با فاصله کانونی کمتر توانایی بیشتری در همگرا کردن پرتوهای نور عبوری دارد.
کاربرد عدسی همگرا یا محدب
یک لنز محدب منفرد که در یک قاب با دسته یا پایه قرار گرفته است ، یک ذره بین است. از لنزها به عنوان پروتز برای اصلاح عیوب انکساری مانند نزدیک بینی ، هایپرمتروپی ، پیرچشمی و آستیگماتیسم استفاده می شود. بیشتر لنزهایی که برای اهداف دیگر استفاده می شوند دارای تقارن محوری دقیق هستند.
فقط لنزهای عینک تقریباً متقارن هستند. آنها معمولاً به شکلی ساخته می شوند که در یک قاب تقریباً بیضی شکل و نه دایره ای شکل قرار بگیرند و مراکز نوری آنها بر روی کره چشم قرار گرفته اند. انحنای آنها ممکن است از نظر محوری متقارن نباشد تا آستیگماتیسم را تصحیح کنند.لنزهای عینک آفتابی برای کاهش دادن نور عبوری مورد استفاده قرار می گیرند.
دیگر کاربردهای عدسی ها در سیستم های تصویربرداری مانند دوربین های شکاری ، دوربین فیلم برداری ، تلسکوپ ، میکروسکوپ و پروژکتور است. بعضی از این ابزارها در چشم انسان یک تصویر مجازی تولید می کنند. برخی هم تصویری واقعی تولید می کنند که می تواند روی فیلم عکاسی یا حسگر نوری ثبت شود یا بر روی صفحه قابل مشاهده باشد. در این دستگاه ها ، گاهی اوقات لنزها با آینه های منحنی جفت می شوند تا یک سیستم کاتادیوپتری ایجاد کنند ، جایی که انحراف کروی لنز انحراف مخالف را در آینه اصلاح می کند.
لنزهای محدب تصویری از یک جسم را در بی نهایت روی کانون مرکزی خود ایجاد می کنند. در مورد تصویر خورشید در یک تلسکوپ بیشتر نور مرئی و مادون قرمز موجود در لنز در تصویری کوچک متمرکز می شود.
همچنین یک لنز بزرگ توانایی کافی برای سوزاندن یک شی قابل اشتعال را در نقطه کانونی دارد. از آنجا که می توان اشتعال را حتی با یک لنز ضعیف تولید کرد ، حداقل ۲۴۰۰ سال از لنزها به عنوان شیشه های سوزان استفاده شده است.
در کاربرد مدرن استفاده از عدسی های نسبتاً بزرگ برای تمرکز انرژی خورشید بر روی سلول های فتوولتائیک نسبتاً کوچک جهت جمع آوری انرژی بیشتر بدون نیاز به استفاده از سلول های بزرگتر و گران تر است .نجوم رادیویی و سیستم های راداری نیز اغلب از لنزهای دی الکتریک استفاده می کنند که معمولاً آنتن لنز نامیده می شود تا تابش الکترومغناطیسی را به یک آنتن جمع کننده تبدیل کند.
تفاوت عدسی محدب و مقعر
عدسی های محدب و عدسی های مقعر انواعی از لنزهای کروی هستند که دستگاه های نوری هستند که ماهیت شفافی دارند. تفاوت های متعددی بین لنزهای محدب و مقعر وجود دارد. دانستن تفاوت بین لنزهای محدب و مقعر در درک عملکرد آنها در سیستم های نوری مختلف مانند دوربین دوچشمی، میکروسکوپ نوری، تلسکوپ و غیره بسیار مهم است. عدسی محدب در مرکز خود ضخیم تر و در لبه هایش نازک تر است و مانند قسمت بیرونی یک کره به بیرون برآمده است. همچنین به عنوان یک عدسی همگرا شناخته می شود زیرا پرتوهای نوری موازی را که از آن عبور می کنند متمرکز می کند. یک عدسی محدب پرتوهای موازی نور را به یک نقطه کانونی در طرف مقابل عدسی از منبع نور همگرا می کند.
هنگامی که اشیاء فراتر از نقطه کانونی آن قرار می گیرند، می تواند تصاویر واقعی و معکوس ایجاد کند، و زمانی که اشیا بین لنز و نقطه کانونی آن قرار می گیرند، می تواند تصاویر مجازی و عمودی ایجاد کند. لنزهای محدب معمولاً در ذره بین ها، دوربین ها، تلسکوپ ها و دوربین های دوچشمی برای فوکوس و بزرگنمایی اجسام دور استفاده می شوند. همچنین در عینک برای اصلاح دوربینی (دوربینی) و پیرچشمی استفاده می شود.
عدسی مقعر در مرکز خود نازک تر و در لبه های آن ضخیم تر است و به سمت داخل خمیده می شود تا ظاهری توخالی یا دندانه دار ایجاد کند. به عنوان یک عدسی واگرا شناخته می شود زیرا پرتوهای نوری موازی را که از آن عبور می کند پخش می کند. یک عدسی مقعر باعث می شود که پرتوهای موازی نور به گونه ای واگرا شوند که گویی از یک نقطه کانونی مجازی در همان سمت منبع نور سرچشمه می گیرند. تنها زمانی می تواند تصاویر مجازی و کم رنگ تولید کند که اشیا در همان سمت نقطه کانونی مجازی قرار گیرند. عدسی های مقعر در عینک ها برای اصلاح نزدیک بینی (نزدیک بینی) و در ابزارها و وسایل علمی خاص برای پخش نور یا اصلاح انحرافات نوری استفاده می شود.
