عدسة مكبرة

تعريف العدسة المكبرة

العدسة المكبرة، أو المكبر البسيط، هي عدسة محدبة تُستخدم لمساعدة العين على رؤية الأشياء التي يصعب رؤيتها مباشرةً، مثل الكتابة الصغيرة جدًا. تُسمى العدسة المكبرة بالمكبر البسيط لأن قدرتها على تكبير صورة الجسم محدودة. في الدرس التالي، ستتعرف على أنواع أخرى من المكبرات ، مثل المجاهر والتلسكوبات الأرضية والتلسكوبات.

كيف تعمل العدسة المكبرة

عند رؤية جسم ما من مسافة قريبة، يبدو كبيرًا، بينما يبدو صغيرًا عند رؤيته من مسافة بعيدة جدًا. تبدو الأجسام القريبة كبيرة لأن حجم الصورة المتكونة على الشبكية يكون كبيرًا. وعلى العكس، يبدو الجسم نفسه صغيرًا عند رؤيته من مسافة بعيدة جدًا لأن حجم الصورة المتكونة على الشبكية يكون صغيرًا. لذا، يعتمد حجم الجسم الذي تراه العين على حجم الصورة المتكونة على الشبكية. ويعتمد حجم الصورة المتكونة على الشبكية على الزاوية المتكونة بين العين والجسم، كما هو موضح في الصورة أدناه.

تبدو الأجسام البعيدة عن العين أصغر حجمًا لأن زاوية رؤيتها (θ) أصغر (الشكل 1.1). وعلى العكس، تبدو الأجسام القريبة من العين أكبر حجمًا لأن زاوية رؤيتها (θ) أكبر (الشكل 1.2). نستنتج من ذلك أن حجم الجسم الذي تراه العين يتغير بتغير زاوية رؤيته (θ). تتسع الزاوية بتقريب العين من الجسم، وتضيق ببعدها عنه.

يمكن تطبيق النقاش السابق على مسائل أخرى. إذا واجهت كتابة صغيرة جدًا يصعب قراءتها، فماذا تفعل لجعلها مقروءة؟ بناءً على النقاش السابق، يمكنك تقريب الكتابة من عينيك لزيادة الزاوية بينها وبين عينيك، مما يجعلها أكبر حجمًا وأكثر وضوحًا. من المهم أن تدرك أن أقرب نقطة تركيز للعين السليمة هي 25 سم. لذلك، إذا كانت المسافة بين الكتابة والعين أقل من 25 سم، ستظهر الكتابة ضبابية. حتى الكتابة التي يمكن قراءتها من مسافة 25 سم تبدو ضبابية عند تقريبها لمسافة أقل من 25 سم. ماذا عن الكتابة التي لا يمكن قراءتها من مسافة أقل من 25 سم؟ إذن، كيف يمكنك جعل الكتابة ذات الأحرف الصغيرة مقروءة؟ بالطبع، أنت بحاجة إلى أداة بصرية لتكبير الكتابة.

الأجهزة البصرية مثل مرآة مسطحة, مرآة مقعرة دان مرآة محدبة لا يمكن استخدام المرآة لقراءة الكتابة لأنها غير شفافة. أما العدسة فهي شفافة، لذا يمكن استخدامها لقراءة الكتابة. في الدرس صورة العدسة المقعرةيُشرح أن العدسة المقعرة لا تستطيع إلا تصغير صورة الجسم. في المقابل، في الموضوع صورة العدسة المحدبة يُشرح أن العدسة المحدبة تستطيع تكبير صورة الجسم. ولأنها تستطيع تكبير الصورة، عدسة محدبة يمكن تصميمها على شكل عدسة مكبرة.
 
لاحظ الصورتين التاليتين. في الشكل 1.3، يُرى الجسم مباشرةً بالعين، حيث يبدو صغيرًا لأن الزاوية بين العين وطرفي الجسم صغيرة. في الشكل 1.4، تُرى العين الجسم من خلال عدسة مكبرة. تعمل العدسة المكبرة على تكوين صورة وتكبيرها، لذا فإن ما تراه العين هو الصورة. تبدو صورة الجسم التي تُرى بالعين من خلال العدسة المكبرة أكبر لأن الزاوية المتكونة بين العين وطرفي الصورة أكبر.

لكي ترى عين المشاهد الصورة من خلال العدسة المكبرة، يجب أن تكون الصورة وهمية (أي أن تكون الصورة أمام العدسة المكبرة أو على نفس جانب الجسم، كما في الشكل 1.4). وقد سبق شرح أنه لكي تكون الصورة وهمية ، يجب أن تكون المسافة بين الجسم (s) والعدسة أصغر من أو تساوي البعد البؤري (f).

التسمية التوضيحية :
s = مسافة الجسم
s' = مسافة الصورة
h = ارتفاع الجسم
h' = ارتفاع الظل
F = النقطة البؤرية للعدسة المكبرة
θ = الزاوية بين العدسة وطرفي الجسم. في الشكل 1.3، العدسة المقصودة هي العدسة العينية، بينما في الشكل 1.4، العدسة المقصودة هي عدسة محدبة تُستخدم كعدسة مكبرة.

في الشكل 1.3 (منظر جانبي)، يقع الجسم على اليسار بينما تقع عين المُشاهد على اليمين. في الشكل 1.4 (منظر جانبي)، يقع الجسم وصورته الناتجة عن العدسة المحدبة على اليسار بينما تقع عين المُشاهد على اليمين.

كيفية استخدام العدسة المكبرة
 
عندما تتساوى مسافة الجسم (s) مع البعد البؤري (f)، تكون الصورة وهمية وتكون مسافة الصورة (s') لانهائية. اللانهاية هي أقصى مسافة للصورة الوهمية لأن نقطة بعيدة المسافة التي تقطعها العين الطبيعية لا نهائية. من ناحية أخرى، فإن الحد الأدنى لمسافة الصورة الوهمية هو 25 سم لأن نقطة قريبة يبلغ طول العين الطبيعية 25 سم.

عندما تنظر العين إلى صورة وهمية في اللانهاية (أبعد نقطة)، تكون العين في أدنى مستوى من التكيف، أو تكون العضلات الهدبية في أقصى درجات استرخائها. ولتحقيق ذلك، يجب أن تكون المسافة بين الجسم والعدسة المكبرة مساوية للبعد البؤري للعدسة المكبرة. فإذا كان البعد البؤري للعدسة المكبرة ٢٥ سم، فإن المسافة بين الجسم والعدسة المكبرة هي ٢٥ سم.

من ناحية أخرى، عندما ترى العين صورة وهمية على مسافة 25 سم (نقطة قريبة)، فإنها تتكيف إلى أقصى حد أو العضلة الهدبية للعين في أشد حالات التوتر. إذا كان البعد البؤري للعدسة المكبرة 25 سم، فإن العين ترى صورة وهمية على مسافة 25 سم عندما تكون مسافة الجسم مساوية لنتيجة الحساب أدناه.
تركيبة العدسات المنحنية والمرايا:
1/s = 1/f – 1/s'
الوصف: s = مسافة الجسم، f = البعد البؤري، s' = مسافة الصورة = أقرب نقطة = 25 سم
العدسة المكبرة عدسة محدبة، لذا فإن البعد البؤري موجب. الصورة وهمية، لذا فإن البعد البؤري سالب.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/25 + 1/25 = 2/25
s = 25/2 = 12,5 سم
إذا كانت المسافة البؤرية للعدسة المكبرة ٢٥ سم، فإن العين ترى صورة وهمية على مسافة ٢٥ سم عندما تكون المسافة بين الجسم والعدسة ١٢.٥ سم. يجب ألا تقل المسافة بين الجسم والعدسة المكبرة عن ١٢.٥ سم، وإلا فلن تتمكن العين من رؤية الصورة بوضوح.

ماذا لو كان البعد البؤري للعدسة المكبرة 50 سم؟ إذا كان البعد البؤري للعدسة المكبرة 50 سم، فإن العين ترى صورة وهمية على مسافة 25 سم عندما تكون مسافة الجسم مساوية لنتيجة الحساب أدناه.
1/s = 1/f – (-1/s') = 1/f + 1/s'
1/s = 1/50 + 1/25 = 1/50 + 2/50 = 3/50
s = 50/3 = 16,67 سم
إذا كانت المسافة البؤرية للعدسة المكبرة ٢٥ سم، فإن العين ترى صورة وهمية على مسافة ٢٥ سم عندما تكون المسافة بين الجسم والعدسة ١٢.٥ سم. يجب ألا تقل المسافة بين الجسم والعدسة المكبرة عن ١٢.٥ سم، وإلا فلن تتمكن العين من رؤية الصورة بوضوح.

تكبير زاوية العدسة المكبرة

هل يكون حجم صورة الجسم المرئية من خلال عدسة مكبرة أكبر عند رؤيتها بعين ذات قدرة تكيف محدودة أم بعين ذات قدرة تكيف قصوى؟ أيّهما أفضل للاستخدام كعدسة مكبرة، عدسة محدبة ذات بُعد بؤري كبير أم عدسة محدبة ذات بُعد بؤري صغير؟ يمكن الإجابة عن هذه الأسئلة بعد معرفة معادلة العدسة المكبرة.