مبدأ عمل العدسة المحدبة

يهتّم علم البصريات بالعدسات وخواصّها وطُرق صناعتها، حيث تُصنع بشكلٍ عام من الزجاج، ويمكن أن تدخل أحيانًا بعض المواد التي تتمتّع بخاصيّة الشفافيّة في صناعة أنواعٍ خاصّة من العدسات، وتقوم العدسات بكسر الأشعّة الضوئيّة المنعكسة من أسطح الأجسام بطرقٍ مختلفةٍ، وتشكيل خيال للجسم تعتمد خواصّه على نوع العدسة المستخدمة، وعادةً ما يكون للعدسة وجهان مصقولان، وتختلف أنواع السطوح المستخدمة باختلاف نوع العدسة والغرض من استخدامها؛ فمثلًا، يمكن أن يكون السطحان محدّبين أو مقعّرين أو مسطّحين، وفي جميع الأحوال تكون أسطح العدسات كرويّةً؛ أي أنّ لانحناء العدسة نصف قطر ثابت، ومن أبرز العدسات المستخدمة في حياتنا هي العدسة المحدبة (Convex Lens)).

تُعتبر العدسات المحدّبة من العدسات البسيطة، والتي تتكوّن من وجهين محدّبين مصنوعين من نفس المادّة، ولهما نفس قطر التحدّب، وخير مثالٍ على ذلك عدسة عين الإنسان؛ حيث تركّز عدسة العين الأشعة الضوئيّة المنعكسة الواردة من الأسطح المختلفة في النقرة المركزية للشبكيّة، مما يجعلنا قادرين على تشكيل خيالٍ للجسم على الشبكية ورؤيته.

تُستخدم العدسات المحدّبة على نطاقٍ واسعٍ، ولكن يجدر الانتباه إلى أن مصطلح العدسة المحدبة قد يشير إلى ثلاثة أنواعٍ مختلفةٍ من العدسات، وهي:

تختلف استخدامات كل نوعٍ من تلك الأنواع بشكلٍ كبيرٍ، حيث تدخل العدسة محدّبة الوجهين في صناعة عدسات الكاميرات والمكبّرات وفي صناعة التلسكوب (Telescope) والمجهر (Microscope).

كما ذكرنا آنفًا، تمتلك العدسة سطحين، وفي حالة العدسة محدبة الوجهين يكون كلا الوجهين محدّبين، ويمتلكان نفس نصف قطر التحدّب، وتكون الحافة العلويّة والسفليّة للعدسة رقيقةً وتزداد العدسة سماكةً كلّما اتجهنا نحو مركزها، ويدعى مركز العدسة بالمركز البصريّ للعدسة والذي يُرمز له بالرمز O عادةً، كما يُدعى الخط الأفقي المار بالمركز البصريّ للعدسة بالمحور الرئيسيّ للعدسة، ويكون المحور الرئيسيّ مُتعامدًا مع وجهيّ العدسة، ونطلق على القطر الفعّال للعدسة اسم فتحة العدسة، وهو المسؤول عن مقدار الضوء الذي ينفذ من خلال العدسة.

عند سقوط حزمة من الأشعّة الضوئيّة على العدسة، فإنّها تنكسر عند اختراقها سطح العدسة وتنحرف عن مسارها وتعود لتنكسر مرةً أخرى عند خروجها من العدسة، وتقوم العدسة بتوجيه الأشعّة الضوئيّة النافذة من خلالها نحو نقطةٍ تُدعى المركز البؤريّ (المحرق)، ويرمز لها بالرمز F، وندعو المسافة بين محرق العدسة و المركز البصريّ للعدسة بالبعد البؤريّ (البعد المحرقيّ).

تأخذ زاوية انكسار الأشعّة الواردة أقصى قيمها عند الطرفين العلويّ والسفليّ للعدسة، وتقلّ زاوية الانكسار كلّما اتجهنا نحو المركز البصريّ للعدسة، بحيث تمرّ الأشعة الواردة من مركز العدسة المحدبة دون انكسار، واصطلح العلماء أنّ البعد البؤريّ للعدسة المحدّبة له قيمة موجبة، بينما يأخذ قيمة سالبة في العدسات المقعّرة، ويكون للعدسة محدّبة الوجهين مركزان بؤريان؛ حيث يمتلك كلّ وجهٍ مركزه البؤريّ الخاص به، وتتمتّع العدسات السميكة بقدرةٍ أكبر على كسر الأشعّة الضوئيّة الواردة، وبالتالي يكون بعدها البؤريّ أكبر من العدسات قليلة السماكة.

تشكّل العدسات محدّبة الوجهين خيالًا حقيقيًّا للأجسام، ويكون الخيال مقلوبًا، ويمكننا تلقّيه على حاجزٍ، وقد يكون أكبر أو أصغر أو مساويًّا لحجم الجسم الطبيعي، وذلك يعتمد على بعد الجسم عن المركز البؤريّ.

إذا سبق لك واستخدمت إحدى العدسات المكبّرة أو العدسة المحدبة في المجهر الموجود في مختبر المدرسة أو الجامعة، أو نظرت من خلال التلسكوب لمراقبة النجوم، فمن المؤكّد أنّك لاحظت الفرق الكبير في قدرة كل منها على تكبير الأشياء؛ حيث تكمن قوة العدسة في قدرتها على تكبير أو تصغير الأشياء، ويُعتبر البعد البؤريّ هو السّمة الأساسيّة المميّزة للعدسة، وتزداد قوّة العدسة بنقصان قيمة البعد البؤريّ، إذ كلما زاد البعد البؤريّ للعدسة، زاد بعد المسافة التي تتجمّع عندها الأشعّة المنكسرة.

تستخدم العديد من الواحدات لقياس البعد البؤري مثل m، وcm، وinch، ولكن الواحدة البصريّة الأساسيّة لقياس البعد البؤريّ هي ديوبتر (Dioptre)، والتي تُعبّر عن مقلوب البعد البؤريّ المقاس بالمتر.

من العوامل الأخرى التي تلعب دورًا هامًّا في قوة العدسة المحدبة أو المقعّرة على حدٍّ سواء هو حجمها؛ حيث تعمل العدسة الأكبر حجمًا على التقاط مقدارٍ أكبر من حزم الأشعّة الضوئيّة المنعكسة، لذلك يكون الخيال أو الصورة المتشكّلة من العدسات الكبيرة أكثر وضوحًا، فإذا كنت من محبيّ التصوير فعليك انتقاء عدسة كبيرة الحجم للحصول على صورٍ أكثر وضوحًا وإشراقًا.