عدسی: ساختار شفاف کانونی‌کننده نور روی شبکیه
عدسی چیست و نور چگونه می‌شکند؟
عدسی قطعه‌ای از یک مادهٔ شفاف، مانند شیشه یا پلاستیک، است که حداقل یک سطح منحنی دارد. کار اصلی عدسی، شکستن پرتوهای نور است. اما شکست نور به چه معناست؟
وقتی نور از یک ماده (مثل هوا) به مادهٔ دیگری (مثل شیشه) وارد می‌شود، سرعت و جهت آن تغییر می‌کند. این پدیده شکست نور نام دارد. یک مثال ساده: وقتی یک نی را در لیوان آب قرار می‌دهید، به نظر میرسد نی در محل برخورد با آب شکسته شده است. این یک نمایش ساده از شکست نور است.
برای توصیف دقیق‌تر شکست نور از فرمول $ n_1 \sin(\theta_1) = n_2 \sin(\theta_2) $ استفاده می‌شود. در این فرمول، $ n $ ضریب شکست۴ مواد و $ \theta $ زاویهٔ برخورد و شکست نور است.
انواع اصلی عدسی‌ها و ویژگی‌های آنها
عدسی‌ها را عمدتاً بر اساس شکل هندسی‌شان به دو دستهٔ بزرگ تقسیم می‌کنند:
| نوع عدسی | شکل | کارکرد اصلی | مثال‌هایی از کاربرد |
|---|---|---|---|
|
عدسی همگرا (محدب) ضخامت در مرکز بیشتر از لبه‌ها |
مانند دو کاسه که از پشت به هم چسبیده‌اند | جمع کردن (کانونی کردن) پرتوهای نور موازی در یک نقطه | ذره‌بین، عدسی چشم، دوربین عکاسی |
|
عدسی واگرا (مقعر) ضخامت در لبه‌ها بیشتر از مرکز |
مانند دو کاسه که از روبرو به هم چسبیده‌اند | پخش کردن پرتوهای نور موازی | عینک برای نزدیک‌بینی، برخی از تلسکوپ‌ها |
نکتهٔ جالب این است که بسیاری از عدسی‌های پیچیده، مانند آنچه در دوربین‌ها استفاده می‌شود، در واقع از ترکیب چندین عدسی همگرا و واگرا ساخته شده‌اند تا کیفیت تصویر را بهبود بخشند.
عدسی در کانون توجه: چشم انسان
مهم‌ترین و شگفت‌انگیزترین کاربرد عدسی در بدن خود ماست: عدسی چشم. عدسی چشم یک عدسی هم‌گرای زنده و انعطاف‌پذیر است که پشت مردمک قرار دارد.
کار آن متمرکز کردن نور بازتابیده از اجسام بر روی پرده‌ای حساس به نام شبکیه۵ در پشت چشم است. برای دیدن اجسام در فواصل مختلف، عضلات ریز اطراف عدسی، شکل آن را تغییر می‌دهند. این توانایی تغییر شکل برای تمرکز بر روی اجسام دور و نزدیک، تطابق۶ نامیده می‌شود.
عدسی‌ها چگونه جهان اطراف ما را شکل داده‌اند؟
عدسی‌ها آنقدر در تکنولوژی و زندگی ما نفوذ کرده‌اند که تصور دنیای بدون آنها غیرممکن است. در اینجا به چند نمونهٔ بارز اشاره می‌کنیم:
عینک و لنزهای تماسی: این وسایل در واقع عدسی‌های کمکی برای چشم هستند. اگر عدسی چشم شما بسیار قوی یا بسیار ضعیف باشد، عینک با استفاده از عدسی‌های همگرا یا واگرای اضافی، مسیر نور را تصحیح می‌کند تا تصویر دقیقاً روی شبکیه بیفتد.
دوربین‌ها: اساس کار دوربین‌های عکاسی و فیلم‌برداری، تقلید از چشم انسان است. یک سیستم عدسی (لنز) نور را بر روی یک سنسور حساس به نور (به جای شبکیه) متمرکز می‌کند تا تصویر را ثبت کند.
تلسکوپ‌ها و میکروسکوپ‌ها: این ابزارها با استفاده از ترکیب چند عدسی، به ما امکان دیدن چیزهایی را می‌دهند که برای چشم غیرمسلح بسیار کوچک یا بسیار دور هستند. تلسکوپ نور faint اجرام آسمانی را جمع می‌کند و میکروسکوپ جزئیات دنیای کوچک را بزرگنمایی می‌کند.
پروژکتورها و نورافکن‌ها: در این دستگاه‌ها از عدسی‌ها برای متمرکز کردن نور یک لامپ قوی و ایجاد یک پرتو نوری موازی یا یک تصویر بزرگ استفاده می‌شود.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر. این یک اشتباه رایج است. همانطور که دیدیم، عدسی‌ها هم برای متمرکز کردن نور (همگرا) و هم برای پخش کردن آن (واگرا) استفاده می‌شوند. عدسی چشم شما دائماً در حال تمرکز بر روی اجسام دور و نزدیک است و در تلسکوپ‌ها برای دیدن اجرام بسیار دور نیز از عدسی استفاده می‌شود.
خیر. عدسی همگرا می‌تواند هم تصویر حقیقی (مانند تصویر روی شبکیه) و هم تصویر مجازی (مانند تصویری که در یک ذره‌بین از یک جسم خیلی نزدیک می‌بینید) ایجاد کند. عدسی واگرا معمولاً فقط تصویر مجازی تشکیل می‌دهد.
این پدیده پراکندگی نور نام دارد. نور سفید از رنگ‌های مختلفی تشکیل شده است و عدسی هر رنگ را با زاویهٔ کمی متفاوت می‌شکند (مثل یک منشور). این امر باعث می‌شود گاهی در حاشیهٔ تصویر، اثر رنگین‌کمانی ببینیم که به آن انحراف رنگی۷ می‌گویند.
پاورقی
۱ Lens – عدسی: ساختار شفافی که نور را از خود عبور داده و به دلیل شکست، آن را کانونی یا پخش می‌کند.
۲ Focus – کانون: نقطه‌ای که پرتوهای نور پس از عبور از یک عدسی همگرا در آنجا به هم می‌رسند.
۳ Refraction – شکست نور: تغییر جهت نور هنگام عبور از یک مادهٔ شفاف به مادهٔ شفاف دیگر.
۴ Refractive Index – ضریب شکست: عددی که نشان می‌دهد سرعت نور در یک ماده چقدر کاهش می‌یابد.
۵ Retina – شبکیه: لایه‌ای حساس به نور در پشت چشم که تصویر بر روی آن تشکیل می‌شود.
۶ Accommodation – تطابق: توانایی عدسی چشم در تغییر شکل برای تمرکز بر روی اجسام دور و نزدیک.
۷ Chromatic Aberration – aberration رنگی: یک عیب نوری که در آن عدسی نتواند تمام رنگ‌ها را در یک نقطهٔ واحد متمرکز کند و باعث ایجاد حاشیه‌های رنگی در تصویر شود.