الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة – مبادئ العمل والقوانين

الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة.. لعلّ كثيرين يجهلون حقيقة أهميّة العدسات واستخداماتها المتعدّدة والمتنوعّة في حياتنا اليوميّة، ولكي نحيطك علمًا فأنت تصادف استخدام مختلف أنواع العدسات بشكلٍ يوميٍّ سواء عند استخدامك لكاميرا هاتفك الذكي، أو نظاراتك الطبيّة، أو العدسات اللاصقة، أو المكبّرة، أو المجهر والقائمة تطول، وفي مقالنا هذا سوف نتناول كل ما يهمّك معرفته عن العدسات وأنواعها المختلفة، وتحديدًا عن الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة واستخداماتهما.

العدسة هي جسمٌ مصنوعٌ من موادٍّ شفّافةٍ كالزجاج أو البلاستيك أو غيره، وتتمتّع بأسطحٍ محدّبةٍ أو مقعّرةٍ أو مستويّةٍ، وتعمل على كسر الأشعة الضوئيّة بطرقٍ مختلفةٍ تبعًا لنوع العدسة والغرض من استخدامها، فمنها من يعمل على تجميع الأشعة الضوئيّة وتركيزها في نقطةٍ ما، ومنها من يعمل على تفريق الأشعة الضوئيّة وتشتيتها، واشتُّق اسم العدسة (Lens) من الكلمة اللاتينيّة (Lentil)؛ والتي تعني حبّة العدس، وذلك لتقاربهما بالشكل إلى حدٍّ كبيرٍ.

قبل الخوض والتكلّم عن أشهر أنواع العدسات، وعن الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة لا بدّ من إيضاح بعض المصطلحات الهامّة المستخدمة في علم البصريات لجعل الأمور أوضح وأسهل.

إن العدسات ليست بالاختراع الحديث بل هي في واقع الأمر قديمة جداً لقد صنعت أقدم العدسات المعروفة من بلورة مصقولة غالباً من الكوارتز وترجع إلى ما قبل سنة 750 ق.م كما وجدت عدسات مشابهة في مصر القديمة واليونان القديمة وبابل القديمة وقد صنع قدماء الرومان والإغريق عدسات عند ملء كُرات زجاجية بالماء لكن لم تظهر العدسات الزجاجية إلا في العصور الوسطى لم يكن العرب بعيدين عن اكتشاف العدسات فقد كتب ابن الهيثم في كتابه المناظر عن الكاميرا ذات الثقب والعدسات المقعرة والعدسات المكبرة وفي الفترة بين القرنين الحادي عشر والثالث عشر الميلاديين اخترعت أحجار القراءة التي استخدمها الرهبان أحياناً للمساعدة في الإضاءة أثناء قراءة المخطوطات وكانت عدسة بدائية محدبة تصنع بقطع كرة زجاجية نصفين. مع الوقت لوحظ أنه كلما كانت العدسة مسطّحة أكثر زادت الكفاءة الخاصة بها في التكبير وفي حوالي سنة 1286 م، تقريباً في مدينة بيزا صنع أول زوج من النظارات ولكن من غير المعروف من كان مخترعها على وجه التحديد

هناك نوعان أساسيان من العدسات البسيطة العدسات المحدبة أو المجمِعة والعدسات المقعرة أو المفرقة ويختلف النوعان عن بعضهما البعض في طريقة تقوسهما وبالتالي في الهيئة التي ينكسر الضوء بها عند مروره من خلالها
1- العدسة المحدبة

تسمى العدسة المحدبة أيضاً بالعدسة المجمعة لأن أشعة الضوء التي تمر من خلالها تنحني إلى الداخل وتلتقي أو تتجمع في مكان بعيد عن العدسة يُعرف بالنقطة البؤرية وتتكون العدسة المحدبة من سطحين محدبين لهما نفس نصف قطر التحدب وتكون سميكةً في الوسط ورقيقةً عند الأطراف كما تختلف صفات الخيال في العدسات المحدبة باختلاف المسافة بين الجسم والعدسة أي عندما يكون الجسم بعيداً عن العدسة يكون الخيال

مقلوباً وحقيقياً أي يمكن جمعه على حاجز وقد يكون الخيال مصغراً أو مكبراً أو مساوياً للجسم حسب بعد الجسم عن العدسة.
أما عندما يكون بعد الجسم عن العدسة مساوياً للبعد البؤري لا يتكون أي خيال على الإطلاق أما عندما يكون الجسم قريباً من العدسة فإن الخيال يكون معتدلاً وهمياً أي لا يمكن جمعه على حاجز كما أنه يكون مكبراً

2- العدسة المقعرة
تُعرف العدسة المقعرة أيضاً باسم العدسة المفرقة لأن أشعة الضوء التي تمر من خلالها تتفرق وتتشتت للخارج حيث تتكون العدسات المقعرة من وجهين مقعرين لهما نفس قطر التقعّر وتكون العدسة المقعرة رقيقةً في المنتصف وسميكة عند الأطراف ويكون الخيال في العدسات المقعرة معتدلاً وهمياً ودائماً ما يكون مصغراً.

إن المرآة عبارة عن سطح زجاجي أملس ومصقول للغاية يتم من خلاله تكوين الصور عن طريق الانعكاس حين يقع الضوء عليها مما يؤدي إلى تكوين صورة واضحة دقيقة
أما العدسة فتحتوي على سطحين متعاكسين أحدهما أو كلاهما منحن وهي الأكثر استخداماً لتصحيح الرؤية تستخدم العدسات إما بشكل منفرد أو في توليفة من عدستين أو أكثر في جهاز بصري وذلك لإنتاج صورة من خلال تقريب شعاع الضوء
يعتمد عمل العدسة على مبدأ الانكسار أي أن أشعة الضوء تنحني بعد مرورها عبر العدسة وبالتالي تغير اتجاهاتها ولهذا السبب تبدو الكائنات المرئية من العدسة أكبر أو أصغر من الكائن الفعلي

يوجد عددٌ كبيرٌ من التعاريف والمصطلحات الخاصة التي تصف العدسات، ولعلّ أهمها:

يحدّد مبدأ عمل العدسات الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة بشكلٍ صارمٍ، وإن هذا المبدأ الأساسيّ لكليهما هو واحدٌ، إذ تخضع العدسات إلى قانون انكسار الضوء (قانون سنيل)، والذي ينص على أنّه عندما ينتقل شعاع الضوء من وسطٍ ماديٍّ (الهواء مثلًا) إلى وسطٍ ماديٍّ آخر (العدسة مثلًا) يحدث له انكسار ناتج عن عدم تجانس الوسطين واختلاف الكثافة فيما بينهما، ولكل وسط ماديّ قرينة انكسار (معامل انكسار) خاصّة به، ويُعطى قانون الانكسار بالعلاقة التالية:

حيث تمثّل كل من n₁ و n₂ قرينتي الانكسار للوسطين الأول والثاني، بينما تشير θ₁ إلى زاوية ورود الشعاع الضوئيّ، وθ₂ لزاوية انكسار الشعاع الضوئيّ..

بعد مرور الأشعة الضوئيّة من وجه العدسة الأول تنكسر، وعند خروجها من الوجه الآخر تنكسر مرةً أخرى، وينتج عن انكسار الأشعة الضوئيّة المنعكسة أو الصادرة عن جسمٍ ما تشكّل خيال (صورة بصريّة للجسم)، ويمكن أن يكون الخيال حقيقيًّا؛ أي يمكن التقاطه على حاجزٍ ماديٍّ، وبالتالي يمكن تصويره باستخدام الكاميرا مثلًا، أو خيالًا وهميًّا والذي لا يمكن التقاطه على حاجزٍ، ويمكننا رؤيته فقط عند النظر إلى العدسة كما يحدث في المجهر.

تختلف مواصفات الخيال الناتج عن العدسات، فإمّا أن يكون صحيحًا أو مقلوبًا، كما قد يكون الخيال المتشكّل أكبر أو أصغر أو مساويًّا لطول الجسم الحقيقيّ، ويلعب موضع الجسم بالنسبة للعدسة دورًا رئيسيًّا في تحديد صفات الخيال المتشكّل كما يعتمد ذلك أيضًا على نوع العدسة..

تتكوّن العدسة المحدّبة من سطحين محدبين لهما نفس نصف قطر التحدّب، وتكون سميكةً في الوسط وتقل سماكتها كلّما اتجهنا نحو الأطراف، تعمل العدسة المحدّبة على تجميع الأشعة الضوئيّة الواردة في المركز البؤريّ، وتخضع الأشعة الضوئيّة التي تمر من خلال العدسات المحدّبة إلى ثلاثة قوانينَ:

إنّ صفات الخيال المتكوّن تمثّل أبرز الفرق بين العدسة المحدبة والمقعرة ظاهريًّا، ويختلف باختلاف موضع الجسم بالنسبة للعدسة، ففي حالة المحدّبة، قد تنتج خيالًا حقيقيًّا أو وهميًّا، كما يمكن أن يكون الخيال صحيحًا أو مقلوبًا، وبشكلٍ عام، كلّ ما زاد بعد الجسم عن العدسة كلما كان الخيال المتشكّل أصغر.

تتألف العدسات المقعّرة من وجهين مقعرين لهما نفس قطر التقعّر، وتكون العدسة سميكةً على الأطراف ورقيقةً في المنتصف، ويعمل هذا النوع من العدسات على تفريق الأشعة الضوئية الواردة ونشرها، لذلك يطلق عليها اسم العدسات المشتِّتة.

كما أسلفنا، تتباين صفات الخيال بين العدسة المحدبة والمقعرة إذ يتمتّع الخيال الناتج عن عدسةٍ مقعّرةٍ بصفاتٍ ثابتةٍ دائمًا بغض النظر عن موقع الجسم بالنسبة للعدسة، على نقيض الخيال المتشكّل الناتج عن العدسة المحدّبة، والذي يتأثر بشكلٍ كبيرٍ ببعد الجسم عن العدسة، وتشمل صفات الخيال: