شارح الدرس: العدسات المقعَّرة العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نحدِّد الخواص البصرية للعدسات المقعَّرة.

العدسة قطعة من مادة شفَّافة، لها شكل مُميَّز، يُمكن استخدامها لتغيير الاتجاه الذي تتحرَّك فيه الأشعة الضوئية.

تذكَّر أن المادة الشفَّافة هي المادة التي تسمح للضوء بالمرور خلالها. بعبارة أخرى: هي المادة التي يُمكن الرؤية من خلالها. يُعَد الزجاج والبلاستيك الشفَّاف مثالين على المواد الشفافة، وكلاهما يُستخدَم عادة لصنع العدسات.

يوضِّح الشكل الآتي العدسة المُقعَّرة عند النظر إليها من الجانب.

لفهْم هذا الشكل، تخيَّل أولًا أن لدينا أسطوانة. إذا نظرنا إلى هذه الأسطوانة من الجانب، فستبدو مثل المستطيل؛ ولا يُمكننا أن نرى أيًّا من جانبَي الأسطوانة الدائريين. ويوضِّح الشكل الآتي هذا.

تخيَّل الآن أن لدينا كرتين عند طرفَيْ هذه الأسطوانة. عند النظر إليهما من الجانب، تبدو هاتان الكرتان دائرتين، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.

والآن تخيَّل أن هذه الأشكال الثلاثة تتداخل معًا. عند النظر إليها من الجانب، فستبدو كما في الشكل الآتي.

نحصل على شكل العدسة المُقعَّرة إذا أزلنا من الأسطوانة المساحة التي تتداخل فيها الكرتان مع الأسطوانة.

يُمكننا وصْف العدسة المُقعَّرة بأنها رقيقة في الوسط، وسميكة عند الطرفين، كما هو موضح في الشكل الآتي.

مثال ١: التعرُّف على العدسة المُقعَّرة

أيُّ الاختيارات الآتية يُمثِّل عدسة مُقعَّرة؟

الحل

العدسة المُقعَّرة قطعة من مادة شفَّافة لها جانبان منحنيان، وتكون رقيقة في الوسط، وسميكة عند الطرفين.

العدستان الموضَّحتان في الخيارين أ، ب لهما جوانب مستقيمة؛ لذا لا يُمكن أن يكون أيٌّ منهما عدسة مُقعَّرة.

أمَّا العدسة الموضَّحة في الخيار ج فلها جانبان منحنيان، لكنها سميكة في الوسط ورقيقة عند الطرفين.

وبهذا تتبقى العدسة الموضَّحة في الخيار د، التي لها جانبان منحنيان، ورقيقة في الوسط، وسميكة عند الطرفين. ومن ثَمَّ يمثِّل الخيار د عدسة مُقعَّرة.

هناك عدَّة مصطلحات مُفيدة لوصْف شكل العدسة المُقعَّرة. لنفكِّر مرَّة أخرى في شكل عدسة مُقعَّرة تُكوِّنها دائرتان، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.

العدسة المقعَّرة موضَّحة باللون الأزرق الفاتح. والدائرتان موضَّحتان باللون البرتقالي. وتمثِّل النقطتان الأرجوانيتان مركزَيِ الدائرتين. يُوجَد مصطلح خاص لهاتين النقطتين الأرجوانيتين وهو مركزا تكوُّر العدسة.

يوضِّح الشكل الآتي شكلًا مماثِلًا للشكل السابق، لكنَّه يحتوي على سهمين أحمرين.

يوضِّح السهمان الأحمران نصْف قطر كلِّ دائرة. يُوجَد مصطلح خاصٌّ لنصفَيِ القطرين هذين. نصفا القطرين هذان يُسمَّيان نصفي قطري التكور.

يوضِّح الشكل الآتي شكلًا مماثِلًا للشكل السابق، لكنه يحتوي على خط أسود متقطِّع، يَصِل كلًّا من مركزَيِ التكوُّر بالآخَر.

يُسمَّى هذا الخط المحور الأصلي للعدسة. يمرُّ المحور الأصلي عبر كلٍّ من مركزَيْ تكوُّر العدسة، وكذلك المركز البصري للعدسة.

يُسمَّى المحور الأصلي أيضًا المحور الرئيسي.

يوضِّح الشكل الآتي أسماء هذه النقاط والخطوط جميعها.

مثال ٢: تحديد المحور الأصلي للعدسة المُقعَّرة

يوضِّح الشكل عدسة مُقعَّرة. أيُّ خطٍّ يوضِّح المحور الأصلي للعدسة؟ افترض أن الأشعة الضوئية المارة بالعدسة تتحرَّك في الاتجاه الرأسي.

الحل

وُضِعت هذه العدسة المُقعَّرة بطريقة مختلفة عن الطريقة التي نرى بها عادة العدسات المُقعَّرة. عادة ما نرى العدسات المُقعَّرة رأسية، كما في الشكل الآتي.

تذكَّر أن شكل العدسة المُقعَّرة يُمكن صُنعه باستخدام دائرتين، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.

المحور الأصلي خطٌّ يمرُّ بمركز كلِّ دائرة، وبالمركز البصري للعدسة، كما هو موضَّح في الشكل الآتي.

لكن لوضْع العدسة بنفس الطريقة الموضَّحة في السؤال، علينا تدوير العدسة الموجودة في الشكل السابق بزاوية مقدارها: . ويوضِّح الشكل الآتي هذا.

بمقارنة هذا الشكل بالشكل المُعطى في السؤال، يُمكننا ملاحَظة أن المحور الأصلي للعدسة هو الخط ١.

يُمكن أن تغيِّر العدسات اتجاه الأشعة الضوئية التي تمرُّ عبرها. وتُعرَف هذه العملية باسم الانكسار.

يوضِّح الشكل الآتي ما يحدث عندما تسقط أشعة ضوئية متوازية، المُشار إليها بالخطوط الحمراء، على عدسة مُقعَّرة رقيقة.

قبل أن تسقط الأشعة على العدسة، كانت الأشعة متوازية. وبعد أن خرجت الأشعة من العدسة، أصبحت مُتباعِدة.

إذا تتبَّعنا خطوط الأشعة المنكسِرة عبر العدسة، فسنجد أنها تلتقي في نقطة. ويوضِّح الشكل الآتي هذا.

تُعرَف هذه النقطة باسم بؤرة العدسة. (وكلمة «بؤرة» جمعها «بُؤَر.») وتُعرَف المسافة بين بؤرة العدسة والمركز البصري للعدسة باسم البُعد البؤري. ويوضِّح الشكل الآتي هذا.

عندما تتباعَد الأشعة الضوئية من نقطة بهذا الشكل، نقول إنها تتفرَّق. ويوضِّح الشكل الآتي أشعة ضوئية متفرِّقة.

لأن العدسات المُقعَّرة يُمكن أن تفرِّق الأشعة، فإنها تُسمَّى أحيانًا العدسات المفرِّقة.

مثال ٣: تحديد الأشعة المتفرِّقة

أيُّ شكل من الأشكال الآتية يوضِّح تفرُّق أشعة ضوئية من نقطة؟

الحل

تذكَّر أنه يُقال إن الأشعة الضوئية متفرِّقة إذا تباعَد بعضها عن بعض بمرور الزمن.

لا تحتوي الخيارات ب، ج، د على أشعة متفرِّقة؛ حيث تبقى الأشعة في كلٍّ منها على مسافة متماثِلة بعضها من بعض.

ولا يحتوي الخيار أ على أشعة متفرِّقة؛ لأن الأسهم تُشير إلى أن الأشعة تتحرَّك نحو نقطة، ويقترب بعضها من بعض بمرور الزمن.

أمَّا الخيار هـ، فيوضِّح أن الأشعة يتباعَد بعضها عن بعض أكثر بمرور الزمن، وتتباعَد من نقطة. ومن ثَمَّ، يوضِّح الخيار هـ أشعة ضوئية متفرِّقة.