الأجهزة البصرية - المشاكل والحلول

الأجهزة البصرية - المشاكل والحلول

مرآة مقعرة

1. تم وضع جسم ارتفاعه h على مسافة أصغر من البعد البؤري f. حدد خصائص الصورة.

الحلول

وفقًا للشكل أعلاه، فإن خصائص الصورة هي افتراضية، ومستقيمة، وأكبر من الجسم.

2. إذا وُضع جسم في المركز بين البؤرة والمرآة المقعرة، فإن الصورة المتكونة بواسطة المرآة هي:

1. أكبر بمرتين من الشيء

2. تستقيم

3. مسافة الصورة = البعد البؤري

4. افتراضية

العبارة الصحيحة هي...

الحل:

البعد البؤري (f) = 20 سم ومسافة الجسم (d _o ) = 10 سم، كما هو موضح في الشكل أدناه:

أ) مسافة الصورة

1/f = 1/d _o + 1/d _i

1/20 = 1/10 + 1/d _i

1/20 – 1/10 = 1/d _i

1/20 – 2/20 = 1/d _i

-1/20 = 1/d _i

d _i = -20 سم

تشير علامة السالب إلى أن الصورة وهمية أو أن الأشعة لا تمر عبر النقطة.

ب) تكبير الصورة

م = -د _ي / د _و = -(-20)/10 = 20/10 = مرتين

تشير علامة الزائد إلى أن الصورة معتدلة وأن حجم الصورة أكبر بمرتين من حجم الجسم.

خصائص الصورة

1. صورة أكبر بمرتين من الجسم

2. تستقيم

3. مسافة الصورة = البعد البؤري = 20 سم

4. افتراضية

مرآة محدبة

3. يقع جسم على بعد مترين أمام مرآة محدبة، ويبلغ ارتفاع الصورة 1/16 من ارتفاع الجسم. ما هو البعد البؤري للمرآة؟

معروف :

مسافة الجسم (d _o ) = 2 متر

تكبير الصورة (M) = 1/16 مرة

المطلوب: البعد البؤري للمرآة المحدبة

الحل:

مسافة الصورة:

مسافة الصورة هي -1/8 متر. تشير علامة السالب إلى أن الصورة وهمية.

البعد البؤري (f):

تشير علامة السالب إلى أن البعد البؤري وهمي.

4. حدد خصائص صورة عالية الارتفاع (h-high) تقع أمام مرآة محدبة.

الحلول

وفقًا للشكل، فإن خصائص الصورة هي أنها افتراضية، ومستقيمة، وأصغر من الجسم.

عدسة مكبرة

7. عدسة ذات بُعد بؤري 5 أمتار تُستخدم كعدسة مكبرة. هذه هي العدسة التي تستخدمها العين الطبيعية عندما تُركز على أقرب نقطة لها. ما هو التكبير الزاوي لهذه العدسة المكبرة؟

معروف :

البعد البؤري (f) = 5 سم

النقطة القريبة للعين الطبيعية (N) = 25 سم

مطلوب: تكبير زاوي

الحل:

إذا ركزت العين على أقرب نقطة لها، فإن بُعد الصورة يساوي أقرب نقطة للعين الطبيعية. معادلة التكبير الزاوي:

M = التكبير الزاوي، N = أقرب نقطة للعين الطبيعية، f = البعد البؤري للعدسة المكبرة

التكبير الزاوي عندما تركز العين على أقرب نقطة لها:

العين المصابة بقصر النظر والعين المصابة بطول النظر

٨. شخص مصاب بقصر النظر يستخدم نظارة طبية بقوة +٢ ديوبتر . ما هي أقرب مسافة يمكن للشخص رؤيتها بدون نظارة ؟

معروف :

قوة العدسة (P) = +2 ديوبتر

المطلوب : أقرب مسافة

الحل:

عدسة محدبة أم عدسة مفرقة ؟

قوة العدسة موجبة لأن العدسة المستخدمة هي عدسة محدبة أو عدسة محدبة.

ما هو البعد البؤري للعدسة؟

ف = 1 / و

2 = 1/f

f = 1/2 = 0.5 م = 50 سم

البعد البؤري 50 سم.

هل تعاني من قصر النظر أم طول النظر؟

عين قصيرة النظر لأن العدسة المستخدمة عدسة محدبة.

ما هي أقرب مسافة يمكن للشخص أن يراها بدون نظارات؟

لكي ترى العين الأجسام على بُعد ٢٥ سم كما تفعل العين الطبيعية، يجب أن تُكوّن العدسة صورة على بُعد س سم أمامها. تقع الصورة أمام العدسة، لذا فهي معتدلة وخيالية. ولأنها خيالية، فإن بُعد الظل (س) يكون سالبًا.

-1/d _i = 1/f – 1/d _o

-1/d _i = 1/50 – 1/25 = 1/50-2/50 = -1/50

-d _i = -50/1 = -50 سم = -0.50 متر

d _i = 50 سم = 0.5 متر

أقرب مسافة يمكن للشخص أن يرى منها بدون نظارة هي 50 سم. أما أقرب مسافة يمكن للعين الطبيعية أن تراها فهي 25 سم.

عدسة المجهر

9. أقرب نقطة رؤية لشخص مصاب بقصر النظر هي 50 سم. ما قوة العدسة التي يستخدمها هذا الشخص لكي يتمكن من رؤية الأشياء على بعد 25 سم؟

الحلول

تبلغ المسافة القريبة من نقطة الرؤية الطبيعية 25 سم، بينما تبلغ 50 سم لدى الشخص المصاب بضعف البصر . العدسة المستخدمة لدى هذا الشخص هي عدسة محدبة.

لكي يكون الجسم المرصودs لكي تكون العدسة على بعد 25 سم أمام العين، يجب أن تشكل صورة على مسافة 50 سم أمام العين والعدسة. صورة يجب أن يكون أمام العين ليتم رؤيته حتى صورة هو قائم وافتراضي.

معروف :

مسافة الجسم (d _o ) = 25 سم

مسافة الصورة (d _i ) = -50 سم (سالبة لأنها صورة وهمية)

المطلوب : البعد البؤري (f) وقوة العدسة (P)

الحل:

1/f = 1/s + 1/s'

1/f = 1/25 + 1/-50

1/f = 2/50 – 1/50

1/f = 1/50

f = 50/1 = 50 سم = 0.5 م

تشير علامة الزائد إلى أن العدسة تتقارب.

P = 1/f = 1/0.5 = +2 ديوبتر

قوة العدسة +2 ديوبتر.

المجهر

١٠. يحتوي مجهر على عدسة موضوعية وعدسة عينية بأبعاد بؤرية ٠٫٩ سم و٥ سم على التوالي. يضع شخص ما جسمًا طوله ١٠ مم أمام العدسة الموضوعية لمشاهدته من خلال العدسة العينية دون تكيف. إذا كان طول الجسم ٠٫٥ مم وكانت مسافة القراءة الطبيعية للشخص ٢٥ سم، فإن طول الجسم الذي سيُرى هو...

معروف :

البعد البؤري للعدسة الشيئية (f _ob ) = 0.9 سم = 9 مم

البعد البؤري للعدسة العينية (f _ok ) = 5 سم = 50 مم

مسافة الجسم من العدسة الشيئية (s _ob ) = 10 مم

طول الجسم (h _o ) = 0.5 مم

أقرب نقطة للعين الطبيعية (N) = 25 سم = 250 مم

المطلوب: طول الصورة (h _i' )

الحل:

مسافة الصورة من العدسة الشيئية

1/s _ob ' = 1/f _ob – 1/s _ob = 1/9 – 1/10 = 10/90 – 9/90 = 1/90

s _ob ' = 90/1 = 90 مم

التكبير الكلي للمجهر عندما تكون العين مسترخية أو عندما تكون الصورة في اللانهاية، محسوب باستخدام المعادلة التالية:

طول الصورة = طول الجسم × التكبير الكلي = (0.5 مم)(45) = 22.5 مم.

١١. البعد البؤري للعدسة الشيئية للمجهر هو ٢.٠ سم. وُضع جسم على بُعد ٢.٢ سم. طول المجهر ٢٤.٥ سم. العين في حالة طبيعية ومسترخية. ما هو التكبير الكلي للمجهر؟

معروف :

البعد البؤري للعدسة الشيئية (f _ob ) = 2.0 سم

مسافة الجسم من العدسة الشيئية (d _ob ) = 2.2 سم

طول المجهر (ل) = 24.5 سم

النقطة القريبة للعين الطبيعية (N) = 25 سم

العين مسترخية.

المطلوب: التكبير الكلي للمجهر (M)

الحل:

تسترخي العين عندما تكون الصورة في اللانهاية.

التكبير الكلي للمجهر عند استرخاء العين:

م = التكبير الكلي

طول المجهر = l = المسافة بين العدسة الشيئية والعدسة العينية = البعد البؤري للعدسة العينية + مسافة الصورة من العدسة الشيئية (d _ob ') = f _ok + d _ob '

مسافة الصورة من العدسة الشيئية (d _ob '):

1/f _ob = 1/d _ob + 1/d _ob '

1/د _أوب ' = 1/و _أوب – 1/د _أوب = 1/2 – 1 / 2.2 = 2.2 / 4.4 – 2 / 4.4 = 0.2 / 4.4

d _ob ' = 22

تبلغ المسافة بين الصورة والعدسة الشيئية 22 سم.

البعد البؤري للعدسة العينية (f _ok ):

ل = ف _أوك + س _أوب '

و _طيب = ل – د _أوب ' = 24.5 – 22 = 2.5 سم

التكبير الكلي للمجهر (M):

12. أقرب نقطة رؤية للعين الطبيعية هي 25 سم. ما هو تكبير المجهر؟

معروف :

النقطة القريبة للعين الطبيعية (N) = 25 سم

مسافة الجسم (d _ob ) = 1.2 سم

البعد البؤري للعدسة الشيئية (f _ob ) = 1 سم

البعد البؤري للعدسة العينية (f _ok ) = 5 سم

المسافة بين العدسة الشيئية والعدسة العينية = 10 سم

مطلوب: تكبير المجاهر

الحل:

إذا كانت الصورة النهائية في اللانهاية، فإن العين تكون في حالة استرخاء (أقل قدر من التكيف). أما إذا كانت الصورة النهائية في أقرب نقطة (25 سم)، فإن العين لا تكون في حالة استرخاء، بل تكون مركزة على أقرب نقطة (أقصى قدر من التكيف).

معادلة تكبير المجهر عندما تكون العين مركزة على أقرب نقطة (أقصى قدرة على التكيف):

مسافة الصورة من العدسة الشيئية (d _ob '):

1/د _أوب ' = 1/د _أوب – 1/د _أوب = 1/1 – 1 / 1.2 = 12/12 – 10/12 = 2/12

d _ob ' = 12/2 = 6 سم

تكبير الصورة:

مشاكل وحلول المجهر

تلسكوب

مشاكل وحلول التلسكوب 1

مشاكل وحلول التلسكوب 2

1. ما هو المبدأ الأساسي وراء الأجهزة البصرية؟
   • إجابة: المبدأ الأساسي وراء الأدوات البصرية هو التلاعب بالضوء، بشكل أساسي من خلال الانكسار والانعكاس، لتشكيل الصور وتكبيرها، مما يساعدنا على مراقبة الأشياء بشكل أفضل أو قياس خصائص معينة للضوء.
2. كيف تعمل النظارات التصحيحية على تحسين الرؤية؟
   • إجابةتحتوي النظارات الطبية على عدسات تعوض قصور العين في تركيز الضوء. ففي حالة قصر النظر، تعمل العدسات المقعرة على تشتيت أشعة الضوء، بينما في حالة طول النظر، تعمل العدسات المحدبة على تجميع أشعة الضوء، مما يُمكّن العين من تركيز الصور على الشبكية بشكل صحيح.
3. لماذا تجعل العدسة المكبرة الأشياء تبدو أكبر؟
   • إجابةالعدسة المكبرة هي عدسة محدبة تُكوّن صورة وهمية مكبرة ومعتدلة للجسم عندما يوضع الجسم ضمن البعد البؤري للعدسة. ترى العين هذه الصورة المكبرة أكبر من الجسم نفسه.
4. كيف تؤثر فتحة عدسة الكاميرا على جودة الصورة؟
   • إجابةتتحكم فتحة العدسة بكمية الضوء الداخلة إلى الكاميرا. تسمح فتحة العدسة الأكبر بدخول المزيد من الضوء، مما قد ينتج عنه صور أفضل في ظروف الإضاءة المنخفضة. مع ذلك، تقلل فتحة العدسة الأكبر من عمق المجال، أي أن جزءًا أصغر من الصورة سيكون واضحًا. في المقابل، تزيد فتحة العدسة الأصغر من عمق المجال، ولكنها قد تتطلب أوقات تعريض أطول أو إعدادات حساسية أعلى.
5. لماذا غالباً ما تحتوي المناظير على رقم مثل "10×50" مكتوب عليها؟
   • إجابةفي المناظير "10×50"، يشير الرقم "10x" إلى أن الجسم سيبدو أقرب بعشر مرات مما يُرى بالعين المجردة. أما الرقم "50" فيشير إلى قطر العدسة الشيئية بالملليمترات. كلما زاد حجم العدسة الشيئية، زادت كمية الضوء التي تجمعها، مما يجعل الصورة أكثر سطوعًا، وهو أمر مفيد للغاية في ظروف الإضاءة المنخفضة.
6. كيف يجمع التلسكوب ضوءًا أكثر من العين البشرية، ولماذا يعتبر هذا الأمر مهمًا لمراقبة النجوم البعيدة؟
   • إجابةتتميز التلسكوبات بعدسات موضوعية (أو مرايا) أكبر بكثير من العين البشرية، مما يسمح لها بتجميع وتركيز كمية أكبر من الضوء. وتُعد هذه القدرة المتزايدة على تجميع الضوء ضرورية لرصد الأجرام السماوية البعيدة والخافتة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
7. ما الفرق بين التلسكوب الكاسر والتلسكوب العاكس؟
   • إجابةيستخدم التلسكوب الكاسر عدسات لكسر الضوء وتركيزه، بينما يستخدم التلسكوب العاكس مرايا. غالبًا ما تعاني التلسكوبات الكاسرة من الانحراف اللوني، الذي قد يُسبب ظهور أهداب ملونة حول الأجسام. تتجنب التلسكوبات العاكسة هذه المشكلة، ولكنها قد تتطلب محاذاة وضبطًا أكثر تكرارًا.
8. لماذا تستخدم المجاهر عدسات متعددة؟
   • إجابةتستخدم المجاهر مجموعة من العدسات (العدسة الشيئية والعدسة العينية) لتحقيق تكبير ودقة عاليين. تعمل العدسة الشيئية على تكبير العينة، ثم تعمل العدسة العينية على تكبير الصورة بشكل أكبر. يتيح هذا المزيج مراقبة دقيقة للهياكل الصغيرة.
9. كيف تنقل الألياف الضوئية المعلومات عبر مسافات طويلة؟
   • إجابةتعتمد الألياف الضوئية على مبدأ الانعكاس الداخلي الكلي. تُدخل إشارات الضوء (من الليزر) إلى الليف وتنعكس عن جدرانه الداخلية، لتنتقل لمسافات طويلة مع أدنى حد من فقدان الشدة. ويمكن لهذه الإشارات الضوئية أن تحمل كميات هائلة من البيانات.
10. ما هو دور الموشور في جهاز قياس الطيف؟

• إجابةفي جهاز قياس الطيف، يقوم الموشور بتفريق الضوء الساقط إلى ألوانه المكونة (الطيف) بناءً على أطوال موجاته. وهذا يسمح بتحليل مصادر الضوء لتحديد تركيبها وشدتها وخصائصها الأخرى.