تطبيقات العدسات
6-3 تطبيقات العدسات
Applications of Lenses
رابط الدرس الرقمي
[www.ien.edu.sa](http://www.ien.edu.sa)
الأهداف
بعد دراسة هذا الدرس يتوقع أن تكون قادرًا على أن:
- تصف كيف تجمع العين الضوء لتكون الصور.
- توضح المقصود بكل من: قصر النظر وطول النظر، وكيف تصحح عدسات النظارات هذه العيوب.
- تصف الأنظمة البصرية في بعض الأدوات البصرية الشائعة.
المفردات
| المفردة |
| --------- |
| قصر النظر |
| طول النظر |
مقدمة الدرس
إن الخصائص التي تعلمتها حول انكسار الضوء خلال العدسات تستخدم في أغلب الآلات البصرية. وتستخدم في حالات عديدة مجموعة من العدسات والمرايا لتكوين صورة واضحة لأجسام صغيرة أو بعيدة. إذ يحتوي كل من المنظار الفلكي، التلسكوب، والمنظار، وآلة التصوير، والمجهر، الميكروسكوب، وحتى العين، على عدسات.
العدسات في العينين
Lenses in Eyes
من بديع صنع الخالق - عز وجل - خلق العين البشرية وهي أداة بصرية، مملوءة بسائل. وهي على هيئة وعاء كروي تقريبًا، كما يبين الشكل 6-18.
وينتقل الضوء المنبعث أو المنعكس عن الجسم إلى داخل العين خلال القرنية، ثم يمر الضوء بعدها خلال العدسة ويتجمع على الشبكية الموجودة في مؤخرة العين.
وتمتص خلايا متخصصة في الشبكية الضوء، وترسل المعلومات المتعلقة بالصورة بواسطة العصب البصري إلى الدماغ.
تكون الصور
قد تعتقد، بسبب التسمية، أن عدسة العين هي المسؤولة عن تجميع الضوء على الشبكية. ولكن في الحقيقة، يتجمع الضوء الداخل إلى العين أساسًا بواسطة القرنية؛ لأن الفرق بين معاملي انكسار الهواء ومادة القرنية كبير نسبيًا.
أما العدسة فهي المسؤولة عن التجميع الدقيق الذي يسمح لك برؤية الأجسام البعيدة والقريبة بوضوح تام.
وتستطيع العضلات المحيطة بالعين من خلال عملية تسمى التكيف أن تجعل العدسة تنقبض أو تنبسط، مما يغير من شكلها، فيؤدي بدوره إلى تغيير البعد البؤري لعدسة العين.
فعندما ترتخي العضلات تتركز صورة الجسم البعيد على الشبكية.
وعندما تنقبض العضلات يقل البعد البؤري للعدسة، مما يسمح لصور الأجسام القريبة بالتجمع على الشبكية.
الشكل 6-18
العين البشرية معقدة، وتتركب من أجزاء متعددة تعمل جميعها بدقة متناهية.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-18_تركيب_العين_البشرية.png
الأجزاء الموضحة في الشكل
| الجزء |
| --------------------------------- |
| ربط المحاور العصبية بالعصب البصري |
| القرنية |
| البؤبؤ |
| السائل المائي |
| العضلة الهدبية |
| العصب البصري |
| الشبكية |
| المخاريط |
| القضبان |
| السائل الزجاجي |
| العدسة |
| القزحية، الحدقة |
الربط مع الأحياء
صمم إنفوجرافيك موظفًا فيه ما شاهدته عن أضرار تعاطي المؤثرات العقلية على العين، وشاركها عبر وسائل التواصل الاجتماعي.
قصر النظر وطول النظر
لا تكون عيون بعض الناس صورًا واضحة على الشبكية؛ إذ تتكون الصور إما أمام الشبكية وإما خلفها. فتصبح هناك حاجة إلى العدسات الخارجية على هيئة نظارات أو عدسات لاصقة؛ لضبط الصور لتقع على الشبكية.
ويبين الشكل 6-19a حالة قصر النظر؛ حيث يكون البعد البؤري للعين أقل من البعد البؤري للعين السليمة، مما لا يمكنها من تجميع الضوء على الشبكية، فتتكون الصور أمام الشبكية.
وتستخدم عدسات مقعرة لتصحيح ذلك بتفريق الضوء كما يبين الشكل 6-19c، لذا يؤدي ذلك إلى زيادة بعد الصور عن العدسة، وتكوين الصور على الشبكية.
ويبين الشكل 6-19b حالة طول النظر، حيث يكون البعد البؤري للعين أكبر من البعد البؤري للعين السليمة، فتتشكل الصور خلف الشبكية.
وتحدث حالة مماثلة أيضًا للأشخاص فوق عمر 45 عامًا، حيث تزداد صلابة عدسات العينين، ولا تستطيع العضلات تقصير البعد البؤري إلى الحد الذي يكفي لتكوين صور الأجسام القريبة على الشبكية.
وتستخدم عدسات محدبة لتصحيح هذا العيب؛ إذ تكون صورًا خيالية أبعد عن العين من أجسامها، كما يبين الشكل 6-19d، فتصبح الصور عندئذ هي الأجسام بالنسبة لعدسة العين، ومن ثم تتكون على الشبكية.
الشكل 6-19
لا يستطيع شخص مصاب بقصر النظر رؤية الأجسام البعيدة بوضوح؛ لأن الصور تتركز أمام الشبكية (a)، وتصحح العدسة المقعرة هذا العيب (c).
ولا يستطيع شخص مصاب بطول النظر رؤية الأجسام القريبة بوضوح؛ لأن الصور تتركز خلف الشبكية (b)، وتصحح العدسة المحدبة هذا العيب (d).
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-19_قصر_النظر_وطول_النظر_وتصحيحهما.png
تطبيق الفيزياء
العدسات اللاصقة
تعمل العدسات اللاصقة عمل النظارات الزجاجية؛ حيث توضع هذه العدسات الصغيرة الرقيقة مباشرة على القرنية.
وتعمل طبقة رقيقة من الدمع بين القرنية والعدسة على ثبات العدسة في مكانها، ويحدث أغلب الانكسار عند سطح الهواء والعدسة، حيث يكون الفرق بين معاملي الانكسار كبيرًا.
مسألة تحفيز
عندما يدخل الضوء إلى العين فإنه يواجه الحد الفاصل بين الهواء والقرنية. فإذا دخل شعاع ضوء الحد الفاصل بين الهواء والقرنية لعين شخص بزاوية 30° بالنسبة للعمود المقام، وكان معامل انكسار القرنية 1.4 تقريبًا، أجب عن الأسئلة الآتية:
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
مسألة_تحفيز_انكسار_الضوء_في_القرنية.png
1
استخدم قانون سنل لحساب زاوية الانكسار.
2
ما مقدار زاوية الانكسار إذا كان الشخص يسبح أسفل الماء؟
3
أيهما أكبر: الانكسار في الهواء أم في الماء؟ وهل يعني هذا أن الأجسام التي تحت الماء تبدو أقرب أم أبعد مما لو كانت في الهواء؟
4
لو أردت أن تكون زاوية الانكسار لشعاع الضوء في الماء مساوية لها كما في الهواء فكم يجب أن تكون زاوية السقوط الجديدة؟
المنظار الفلكي، التلسكوب، الكاسر
Refracting Telescopes
يستخدم المنظار الفلكي الكاسر العدسات لتقريب الأجسام البعيدة وتكبير صورها.
ويبين الشكل 6-20 النظام البصري للمنظار الكبلري؛ حيث يكون الضوء القادم من النجوم والأجسام الفلكية الأخرى عادة بعيدًا جدًا؛ لذا يمكن اعتبار الأشعة متوازية.
وتدخل أشعة الضوء المتوازية العدسة الشيئية المحدبة، وتتجمع بوصفها صورة حقيقية عند بؤرة العدسة الشيئية، وتكون الصورة مقلوبة بالنسبة للجسم.
ثم تصبح هذه الصورة بمنزلة الجسم بالنسبة للعدسة العينية المحدبة.
لاحظ أن العدسة العينية موضوعة بحيث تقع بؤرة العدسة الشيئية بين العدسة العينية وبؤرتها. وذلك يعني أنه تتكون صورة خيالية معتدلة وأكبر من الصورة الأولى عن طريق العدسة العينية.
ولأن الصورة الأولى كانت مقلوبة فإن الصورة النهائية تبقى مقلوبة. ويعد انعكاس الصورة مقبولًا لمشاهدة الأجسام الفلكية.
وتستخدم عدسات عينية محدبة لالونية في المنظار دائمًا. وتعمل مجموعة العدسات هذه على إزالة الألوان المحيطة، أو التخلص من الزوغان اللوني المتشكل مع الصورة.
الشكل 6-20
يكون المنظار الفلكي الكاسر صورة خيالية ومقلوبة مقارنة بالجسم.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-20_المنظار_الفلكي_الكاسر.png
المنظار
Binoculars
يكون المنظار، مثل المنظار الفلكي الكاسر، صورًا مكبرة للأجسام البعيدة.
ويبين الشكل 6-21 تصميمًا لمنظار نموذجي. ويشبه كل جانب من المنظار تلسكوبًا صغيرًا؛ حيث يدخل الضوء العدسة الشيئية المحدبة فتكون صورة مقلوبة، ثم ينتقل الضوء خلال منشورين يستخدمان ظاهرة الانعكاس الكلي الداخلي ليقلبا الصورة مرة أخرى، حيث يرى المشاهد صورة معتدلة للجسم.
ويؤدي المنشوران كذلك إلى إطالة مسار انتقال الضوء وتوجيهه إلى العدسة العينية للمنظار.
وكما تزودك المسافة الفاصلة بين عينيك بإحساس الأبعاد الثلاثية والعمق، فإن المنشورين يؤديان إلى زيادة المسافة الفاصلة بين العدستين الشيئيتين، مما يحسن من الرؤية الثلاثية الأبعاد للجسم البعيد عن المنظار.
الشكل 6-21
المنظار عبارة عن تلسكوبين كاسرين متجاورين.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-21_المنظار_ذو_المنشورين.png
الأجزاء الموضحة في الشكل
| الجزء |
| ---------- |
| عدسة شيئية |
| منشوران |
| قرص الضبط |
| عدسة عينية |
آلات التصوير
Cameras
يبين الشكل 6-22a النظام البصري المستخدم في آلة التصوير العاكسة ذات العدسة المفردة.
فعندما يدخل الضوء إلى آلة التصوير، فإنه يمر خلال عدسة لالونية. ويعمل نظام العدسة هذا على كسر الضوء، بطريقة تشبه إلى حد كبير عمل عدسة محدبة مفردة، ويكون صورة مقلوبة على المرآة العاكسة.
وتنعكس هذه الصورة إلى أعلى في اتجاه المنشور، والذي يؤدي بدوره إلى عكس الضوء وتوجيهه إلى عين المشاهد.
وعندما يحمل الشخص آلة التصوير لالتقاط صورة فإنه يضغط زر الغالق، الذي يرفع المرآة لفترة وجيزة، كما في الشكل 6-22b.
وبدل أن يتجه الضوء إلى المنشور فإنه ينتقل في خط مستقيم ليكون صورة على الفيلم.
الشكل 6-22
يبين الشكل آلة التصوير العاكسة ذات العدسة المفردة، التي تعكس الصورة المتكونة بواسطة العدسة من خلال المنشور لمشاهدتها (a)، أو توجيهها في اتجاه الفيلم (b).
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-22_آلة_التصوير_العاكسة_ذات_العدسة_المفردة.png
الأجزاء الموضحة في الشكل
| الجزء |
| ------------ |
| فتحة |
| عدسة |
| مرآة |
| الغالق مغلق |
| الغالق مفتوح |
| الفيلم |
المجهر، الميكروسكوب
Microscopes
للمجهر عدستان محدبتان مثل المنظار الفلكي، إحداهما شيئية والأخرى عينية.
ويستخدم المجهر في مشاهدة الأجسام الصغيرة.
ويبين الشكل 6-23 النظام البصري المستخدم في المجهر المركب، حيث يوضع الجسم في المنطقة ما بين بؤرة العدسة الشيئية ومركز تكورها، فتتكون صورة حقيقية مقلوبة ومكبرة.
ثم تصبح هذه الصورة بمثابة جسم للعدسة العينية؛ إذ يكون هذا الجسم بين العدسة العينية وبؤرتها، فتتكون له صورة خيالية معتدلة ومكبرة مقارنة بالصورة التي كونتها العدسة الشيئية.
لذا يرى المشاهد صورة مقلوبة مكبرة جدًا.
الشكل 6-23
تكون العدسة الشيئية والعدسة العينية في هذا المجهر صورة مقلوبة ومكبرة مقارنة بالجسم.
الصورة التابعة لهذه الفقرة:
الشكل_6-23_المجهر_المركب.png
الأجزاء الموضحة في الشكل
| الجزء |
| -------------- |
| عينة على شريحة |
| عدسات شيئية |
| عدسة عينية |
| عدسة الضوء |
| مصباح |
6-3 مراجعة
24. الانكسار
فسر لماذا تعد القرنية عنصر التجميع الرئيس للأشعة في العين؟
25. أنواع العدسات
أي العدسات المحدبة أم المقعرة ينبغي أن يستخدمها الشخص المصاب بقصر النظر؟ وأيها ينبغي أن يستخدمها الشخص المصاب بطول النظر؟
26. الصورة
لماذا تكون الصورة المشاهدة في التلسكوب مقلوبة؟
27. المنشور
ما المزايا الثلاث لاستخدام المنشورين في المنظار؟
28. البعد البؤري
افترض أنك ركزت آلة التصوير التي لديك على شخص يبعد 2 m، ثم أردت أن تركزها على شجرة أبعد من ذلك، فهل يتعين عليك أن تحرك العدسة قريبًا من الفيلم أم بعيدًا عنه؟
29. التفكير الناقد
عندما تستخدم التكبير الأقصى في المجهر فإن الصورة تكون معتمة أكثر منها في حالة التكبير الأقل. ما الأسباب المحتملة لتكون الصورة المعتمة؟ وما الذي يمكن أن تفعله للحصول على صورة أوضح؟
جاري تحضير الدرس المعاد صياغته وبناء الأنماط
نحافظ على المعنى العلمي ونربط كل فقرة بنواتجها ومفاهيمها.
إعادة إنتاج الدرس حسب نمط التعلم
طلب واحد ينتج المسارات البصري والسمعي والحركي والقرائي معًا، بصياغة تراعي سياق المناهج السعودية.
اختر نمط التعلم
تُنتج الأنماط الأربعة دفعة واحدة، ثم تُستدعى الحزمة المحفوظة في الزيارات التالية.